(57)【要約】  マグネシウム基複合部材（１Ａ）は、固定対象に取り付けるための締結部材（１００）が挿通されるための貫通孔（２０Ａ）が設けられている。基板（１０）は、締結部材（１００）が挿通されるための基板孔（２１）が設けられ、マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属とＳｉＣとが複合された複合材料からなる。受部（２２）は、基板（１０）に取り付けられ、マトリクス金属と異なる金属材料からなる。受部（２２）には、締結部材（１００）が挿通されるために受部孔（２２ｈ）が設けられており、貫通孔（２０Ａ）の内周面の少なくとも一部は受部孔（２２ｈ）の内周面によって構成されている。
2011125441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定対象に取り付けるための締結部材（１００）が挿通されるための貫通孔（２０Ａ）が設けられたマグネシウム基複合部材であって、
前記締結部材が挿通されるための基板孔（２１）が設けられ、マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属とＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板（１０）と、
前記基板に取り付けられ、前記マトリクス金属と異なる金属材料からなる受部（２２）とを具え、
前記受部には、前記締結部材が挿通されるために受部孔（２２ｈ）が設けられており、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部は前記受部孔の内周面によって構成されている、マグネシウム基複合部材（１Ａ〜１Ｃ）。
【請求項２】
前記複合材料は、ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有しており、
前記基板孔は、前記複合材料が前記ネットワーク部を有する領域に設けられており、
前記受部は、前記締結部材の頭部が接触するように配置されている、請求項１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項３】
前記複合材料は、前記ＳｉＣを７０体積％超含有する、請求項１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項４】
前記受部は、前記締結部材の頭部が接触するように配置された金属板（２２）を有し、
前記締結部材を締め付けて前記金属板に前記頭部が接した状態において、前記金属板は、平面視において、前記頭部の周縁から突出するように延びている、請求項１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項５】
前記マグネシウム基複合部材は、前記基板の少なくとも一の面を覆う金属被覆層（１１）をさらに具え、
前記金属板（２３）の周縁は、前記金属被覆層に接合され、
前記金属板の一の面は、前記金属被覆層から露出されている、請求項４に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｂ）。
【請求項６】
前記基板孔の内周面の少なくとも一部を覆い、かつ前記金属材料と同種の金属材料からなる筒部（２４ｔ）をさらに具える、請求項４に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｃ）。
【請求項７】
前記金属板の面積は、前記締結部材の頭部を平面視したときの面積に対して１割以上大きい、請求項４に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項８】
前記マグネシウム基複合部材の熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下であり、前記マグネシウム基複合部材の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項９】
請求項１に記載のマグネシウム基複合部材により構成される、放熱部材（１Ａ〜１Ｃ）。
【請求項１０】
請求項９に記載の放熱部材と、
前記放熱部材に搭載される半導体素子（９４）とを具える、半導体装置（９０）。
【請求項１１】
固定対象に取り付けるための締結部材（１００）が挿通されるための貫通孔（２０Ｄ）が設けられたマグネシウム基複合部材であって、
マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属とＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板（１１０）と、
前記締結部材が挿通されるための金属領域孔（１２１）が設けられ、前記マトリクス金属からなる金属領域（１１２）と、
前記金属領域に取り付けられ、前記マトリクス金属と異なる金属材料からなる受部（１２２）とを備え、
前記受部には、前記締結部材が挿通されるために受部孔（１２２ｈ）が設けられており、前記貫通孔の内周面の少なくとも一部は前記受部孔の内周面によって構成されている、マグネシウム基複合部材（１Ｄ〜１Ｇ）。
【請求項１２】
前記受部は、少なくとも一部が前記金属領域の前記金属領域孔内に埋設された埋設部材である、請求項１１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項１３】
前記埋設部材は、金属板（１２２，１２５ｂ）を有し、
前記金属板の一の面は、前記金属領域の表面から露出されている、請求項１２に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項１４】
前記埋設部材（１２５）は、前記金属領域の厚さ方向の全長に亘って存在している、請求項１２に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｇ）。
【請求項１５】
前記埋設部材（１２４）は、前記金属領域の厚さ方向の一部にのみ存在し、
前記貫通孔（２０Ｆ）の少なくとも一方の開口部は、前記マトリクス金属からなる、請求項１２に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｆ）。
【請求項１６】
前記埋設部材の少なくとも一部は、前記マトリクス金属と異なる金属からなる金属繊維を含む、請求項１２に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項１７】
前記受部は、前記締結部材の頭部が接触するように配置されている、請求項１１に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項１８】
請求項１１に記載のマグネシウム基複合部材により構成される、放熱部材（１Ｄ〜１Ｇ）。
【請求項１９】
請求項１８に記載の放熱部材と、
前記放熱部材に搭載される半導体素子（９４）とを具える、半導体装置（９０）。
【請求項２０】
固定対象に取り付けるための締結部材（１００）が挿通されるための貫通孔（２０Ｈ〜２０Ｊ）が設けられたマグネシウム基複合部材であって、
マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属と、前記マトリクス金属中に分散されたＳｉＣ粒子としてのＳｉＣとが複合された複合材料からなり、貫通部が設けられた基板（２１０）と、
前記基板の前記貫通部に取り付けられ、前記貫通孔が設けられ、前記マトリクス金属と異なる金属材料からなる受部（２２３〜２２５）とを具える、マグネシウム基複合部材（１Ｈ〜１Ｊ）。
【請求項２１】
前記複合材料は前記ＳｉＣを６０体積％超含有する、請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項２２】
前記複合材料は前記ＳｉＣを７５体積％超含有する、請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材。
【請求項２３】
前記受部は、前記基板に埋め込まれた突起（ＰＲ）を有する、請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｉ）。
【請求項２４】
前記貫通部は、前記基板に設けられた孔部である、請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｈ、１Ｉ）。
【請求項２５】
前記貫通部は、前記基板に設けられた切欠部である、請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材（１Ｊ）。
【請求項２６】
請求項２０に記載のマグネシウム基複合部材により構成される、放熱部材（１Ｈ〜１Ｊ）。
【請求項２７】
請求項２６に記載の放熱部材と、
前記放熱部材に搭載される半導体素子（９４）とを具える、半導体装置（９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム（いわゆる純マグネシウム）又はマグネシウム合金とＳｉＣといった非金属無機材料とが複合された複合部材、この複合部材から構成される放熱部材、この放熱部材を具える半導体装置に関するものである。特に、固定対象に対して強固な固定状態を維持可能な複合部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子に取り付けられる放熱部材（ヒートスプレッダ）の構成材料として、銅といった金属材料のみからなるものの他、Ａｌ−ＳｉＣといった、金属と非金属無機材料（代表的にはセラミックス）との複合材料が利用されている。近年、放熱部材の軽量化を主目的として、アルミニウム（Ａｌ）よりも軽量であるマグネシウム（Ｍｇ）やその合金を母材とするマグネシウム基複合材料が検討されている（特開２００６−２９９３０４号公報（特許文献１）、および特許第４５９４４３３号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９３０４号公報
【特許文献２】特許第４５９４４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子が取り付けられた放熱部材は、冷却器などの固定対象に固定されて使用される。この放熱部材の固定には、代表的には、ボルトといった締結部材が利用される。この場合、放熱部材には、当該締結部材が挿通される貫通孔を具える必要がある。このような貫通孔を具え、上記マグネシウム基複合材料で構成された放熱部材に対して、上記締結部材による固定状態の信頼性を高めることが望まれる。【０００５】
上述のマグネシウム基複合材料に上記貫通孔を設けてボルトといった締結部材を締め付けた場合、当該貫通孔の近傍を構成するＭｇやＭｇ合金は、ＳｉＣにより高強度化されているため、当該締結部材の軸力を十分に受けられる。従って、上記貫通孔の近傍を構成するＭｇやＭｇ合金は、後述するような冷熱サイクルに伴うクリープ変形などによる軸力の低下が生じ難い。【０００６】
一方、ＳｉＣは、一般に脆性材料であり、靭性に劣ることから、ＳｉＣの存在形態によっては、ボルトといった締結部材の締付時に、上記貫通孔の近傍の構成する部分、特に、ＳｉＣが当該締結部材の軸力により作用する力に耐え切れず、割れの起点となって脆性破壊が生じる恐れがある。ここで、上記複合材料においてＳｉＣの含有量を高めたり、熱処理によりＳｉＣ同士が結合されたＳｉＣ多孔体を原料に利用したりすることで、当該複合材料の熱伝導率を向上したり、熱膨張係数を小さくすることができる。特に、ＳｉＣの含有量が高く（好ましくは７０体積％超）、かつＳｉＣ同士が結合されたＳｉＣ多孔体を利用すると、ＳｉＣが分散して存在する形態よりも熱特性に優れる。例えば、上記ＳｉＣ多孔体を利用すると、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ〜８ｐｐｍ／Ｋ程度といった半導体装置の放熱部材の構成材料として、非常に優れた熱特性を有することができる。しかし、上述のようにＳｉＣが結合されて、複合材料中にＳｉＣが連続して存在する場合、締結部材の締付時、ＳｉＣの一部に微小な亀裂が生じると、この亀裂を起点として割れが進展し、上記貫通孔の近傍を構成する部分が割れる恐れがある。このような割れが生じると、上記複合材料からなる放熱部材を固定対象に強固に固定することが難しい。【０００７】
他方、複合材料の一部に、実質的にＭｇやＭｇ合金のみからなる金属領域を設けて、この金属領域に上記貫通孔を設けることが考えられる。しかし、ＭｇやＭｇ合金は、Ａｌやその合金に比較して高温強度（例えば、クリープ強さ）が低い傾向にある。そのため、この複合材料を放熱部材に利用して冷熱サイクルを受けた場合、貫通孔の近傍を構成するＭｇやＭｇ合金がクリープ変形するなどにより締結部材の軸力が低下し、固定状態が緩み易くなる可能性がある。従って、このような放熱部材では、長期に亘り、固定対象に対して強固な固定状態を維持することが難しいと考えられる。【０００８】
そこで、本発明の一の目的は、上記課題に鑑みて、固定対象に対して強固な固定状態を維持可能な複合部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記複合部材からなる放熱部材、及びこの放熱部材を具える半導体装置を提供することにある。【０００９】
一方、例えば、上記貫通孔をＭｇ又はＭｇ合金とＳｉＣとの複合領域に設ける場合、金属よりもＳｉＣは一般に高硬度であることから、ドリルによる穴あけが非常に困難であり、放電加工などの加工方法を利用する。そこで、本発明者らは、穴あけ加工の作業性を考慮して、マグネシウム基複合部材として、マトリクス金属であるＭｇ又はＭｇ合金から構成される金属領域を具えるものを作製し、この金属領域に貫通孔を設けることを検討した。【００１０】
しかし、ＭｇやＭｇ合金は、Ａｌやその合金に比較して高温強度（例えば、クリープ強さ）が低い傾向にある。そのため、上記金属領域に貫通孔を設けた複合部材を放熱部材に利用して冷熱サイクルを受けた場合、貫通孔の近傍を構成するＭｇやＭｇ合金がクリープ変形するなどにより締結部材の軸力が低下し、固定状態が緩み易くなる可能性がある。そのため、このような放熱部材では、長期に亘り、固定対象に対して強固な固定状態を維持することが難しいと考えられる。【００１１】
そこで、本発明の他の目的は、上記課題に鑑みて、固定対象に対して強固な固定状態を維持可能な複合部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記複合部材からなる放熱部材、及びこの放熱部材を具える半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一の局面においては、貫通孔の構成材料を工夫することで、上記目的を達成する。具体的には、本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとが複合されたマグネシウム基複合部材に係るものであり、この複合部材は、当該複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を有する。そして、上記貫通孔を構成する少なくとも一部の材料が上記複合部材を構成するマグネシウム又はマグネシウム合金及びＳｉＣと異なる。【００１３】
上記構成によれば、ＳｉＣとマトリクス金属を構成するＭｇ又はＭｇ合金との複合領域、即ちＳｉＣが存在する領域に貫通孔が設けられた場合、締結部材の締付時、当該貫通孔において上記特定の材料により構成される箇所が締め付け力を受ける。そのため、上記構成によれば、ＳｉＣが分散して存在する形態では、上記締付部材の軸力の低下を効果的に低減することができ、ＳｉＣ同士が結合された形態では、上記締め付け力が特にＳｉＣに作用して上記貫通孔の近傍に割れが生じることを効果的に防止できる。また、上記構成によれば、Ｍｇ又はＭｇ合金からなる金属領域を有しており、この金属領域に貫通孔が設けられた場合、当該貫通孔において上記特定の材料により構成される箇所を具えることで、高温強度を改善できる。そのため、上記構成によれば、冷熱サイクルを受けても、締結部材の軸力の低下による固定状態の緩みが生じ難い。従って、上記構成によれば、当該複合部材から構成される本発明放熱部材を固定対象に強固に固定することができ、かつ、この固定した状態を安定して長期に亘り維持できる。そのため、本発明放熱部材は、半導体素子などの熱を十分に放出することができ、放熱性に優れる。また、このような放熱部材と、この放熱部材に搭載される半導体素子とを具える本発明半導体装置は、放熱性に優れる。【００１４】
上記貫通孔の少なくとも一部を構成する材料は、靭性や高温強度に優れる各種の材料を利用することができる。例えば、金属（但し、マトリクス金属以外のもの）は、一般に、ＳｉＣといったセラミックスよりも靭性に優れることから、好適に利用することができる。その他、耐熱性に優れる樹脂、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、耐熱温度２６０℃）といったフッ素樹脂などの有機材料の利用も考えられる。【００１５】
本発明の一の局面における一形態として、上記複合部材中に上記ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有する形態が挙げられる。【００１６】
上記形態によれば、ＳｉＣの含有量を高め易く、例えば、５０体積％以上、更には７０体積％超とすることができ、熱膨張係数が小さい複合部材とすることができる。かつ、上記形態によれば、ＳｉＣやマトリクス金属により、熱伝導のための連続した経路が形成されることから熱伝導性に優れる複合部材とすることができる。従って、上記形態によれば、半導体素子の放熱部材に好適な複合部材とすることができる。【００１７】
上記ネットワーク部の構成材料は、代表的には、ＳｉＣが挙げられる。上記ネットワーク部を有する複合部材とするには、例えば、ネットワーク部を有するＳｉＣ集合体（代表的にはＳｉＣ多孔体）を原料に利用することが挙げられる。上記ＳｉＣ集合体は、例えば、タッピング、スリップキャスト（原料の粉末と水及び分散材とを用いたスラリーを成形後、乾燥させる）、加圧成形（乾式プレス、湿式プレス、一軸加圧成形、ＣＩＰ（静水圧プレス）、押出成形など）、及びドクターブレード法（原料の粉末と溶媒、消泡剤、樹脂などとを用いたスラリーをドクターブレードに流した後、溶媒を蒸発させる）のいずれか一つにより粉末成形体を形成した後、この成形体に熱処理を施すことで形成することができる。【００１８】
上記熱処理条件は、真空雰囲気、加熱温度：１３００℃以上２５００℃以下、保持時間：２時間〜１００時間が挙げられる。この条件で焼結すると、ＳｉＣ同士を直接結合させられ、ネットワーク部をＳｉＣにより形成できる上に、強度に優れるＳｉＣ多孔体が得られる。特に、加熱温度を２０００℃以上とすると、ネットワーク部を太くすることができ、２０００℃未満とすると、ネットワーク部が細くなる傾向にある。上記加熱温度や保持時間は、ネットワーク部の形態に応じて適宜選択するとよい。【００１９】
上記ネットワーク部を有する場合に、上記複合部材において上記ネットワーク部が存在する領域に上記貫通孔を有する形態が挙げられる。この場合、上記貫通孔において少なくとも、上記締結部材の頭部が接触する箇所は、上記マグネシウム及び上記マグネシウム合金以外の金属から構成されていることが好ましい。【００２０】
上記形態によれば、ボルトといった上記締結部材の頭部が接触する箇所、即ち、当該締結部材による軸力が作用し易い箇所が、複合部材のマトリクス金属（Ｍｇ又はＭｇ合金）と異種の金属により構成されている。この金属として、特にマトリクス金属よりも靭性が高いものや高温強度に優れるものを選択することで、締結部材を締め付けたとき、当該金属部分が締め付け力を受けることで、ＳｉＣ部分に作用する力が軽減される。ここで、ＳｉＣの粒子が分散して存在する形態では、締付時、ある程度粒子が動けることで割れが生じ難いが、ネットワーク部を有する形態では、上述のようにＳｉＣ部分を起点として割れが生じる恐れがある。そのため、ネットワーク部を有する形態では、上述のように締結部材による軸力が作用し易い箇所をマトリクス金属と異種の金属により構成することで、（１）ＳｉＣを起点として割れなどが生じ難い、（２）冷熱サイクルを受けて締結部材が熱膨張により変形する際に複合部材が追従し易く、締結部材の軸力の低下やクリープの発生を抑制できる、といった効果を奏し、固定対象に対する固定状態の信頼性を高められる。このような高強度、高靭性な金属として、特に、Ｍｇ及びＭｇ合金以外の金属、例えば、Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，及びＴａから選択される１種の金属、或いは当該金属を主成分とする合金（例えば、ステンレス鋼など）が好適である。金属材料は、マトリクス金属との密着性に優れて好ましい。【００２１】
本発明の一の局面における一形態として、上記貫通孔において少なくとも、上記締結部材の頭部が接触する箇所は、上記マグネシウム及び上記マグネシウム合金以外の金属からなる金属板を有し、上記締結部材を締め付けて上記金属板に上記頭部が接した状態としたとき、上記金属板は、上記頭部の周縁から上記金属板が突出する面積を有する形態が挙げられる。【００２２】
上記形態によれば、上述のように締結部材による軸力が作用し易い箇所がマトリクス金属以外の金属から構成されているため、（１）特に、上述したネットワーク部を有する形態では、締結部材を締め付けたときにＳｉＣを起点とした割れなどを抑制できる、（２）ＳｉＣの存在形態によらず、冷熱サイクルを受けてもクリープの発生の抑制や軸力の低下の抑制といった効果を奏することができる。特に、この形態では、締結部材を締め付けた状態において、当該締結部材の頭部から十分に突出できる程度の面積を有する金属板により、当該頭部が接触する箇所を構成することで、金属板が締結部材の軸力を十分に受けられる。従って、この形態では、締結部材の軸力が貫通孔の近傍に局所的に加わることを抑制し、当該軸力を分散させられるため、上記（１），（２）の効果をより確実に奏することができる。【００２３】
上記金属板の構成金属には、上述したＦｅやその合金などの金属が好適である。また、上記金属板はその面積が大きいほど、締結部材の軸力を十分に受けられる。具体的には、上記金属板の面積（上記貫通孔を除く環状の面積）は、締結部材の頭部を平面視したときの面積よりも大きいことが好ましく、当該頭部の面積に対して１割（１０％）以上、更に１５％以上、取り分け２０％以上大きいことが好ましい。また、複合部材を半導体素子などの放熱部材に利用するにあたり、半導体素子などの部品の載置面積の低下を招かない範囲で適宜選択することが好ましい。金属板の厚さ、形状、面積は適宜選択することができる。【００２４】
上記金属板は、複合部材から取り外し可能な形態とすることができる。この場合、複合部材に設けられた孔の大きさと、金属板に設けられた孔の大きさとを容易に変更することができる。この形態では、金属板は、内孔を有する板状の金具、代表的には平座金や角座金、ばね座金といったワッシャ、特に、締結部材の規格に応じたものよりも一回り大きなものや、上記載置面積の低下を招かない範囲でＪＩＳ  Ｂ  １２５６（２００８）に規定される大形の平座金などを利用できる。【００２５】
或いは、上記金属板は、複合部材と一体化された形態とすることができる。この場合、例えば、上記複合部材として、上記マグネシウム又は上記マグネシウム合金と上記ＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板と、上記基板の少なくとも一面を覆う金属被覆層とを具え、上記金属板の周縁が上記金属被覆層に接合され、上記金属板の一面が上記金属被覆層から露出されている形態が挙げられる。【００２６】
上記形態によれば、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合する鋳型に金属板も適宜配置して、複合化と金属板の一体化とを同時に行い、得られた複合部材において接合された金属板部分に穴開け加工を施すことで、貫通孔の一部が金属板により構成された複合部材を容易に製造でき、製造性に優れる。また、上記形態によれば、固定対象への取り付け作業にあたり、金属板を別途配置する必要がない上に、締結部材の締付時に金属板が動かず、固定作業性に優れる。更に、上記形態によれば、金属被覆層を具えることで、金属被覆層を利用して導通をとれる。従って、この複合部材を放熱部材に利用するにあたり半田接合する場合に、半田との濡れ性を高めるためにＮｉめっきなどを施す際、電気めっきを利用でき、めっきを容易に形成できる。その他、上記形態によれば、金属被覆層を具えることで、（１）優れた外観を有する、（２）耐食性を向上できる、といった効果も期待できる。また、この形態において、上記金属板の外形を例えば凹凸形状の異形板とすると、当該金属板の周縁の長さが長くなることで金属被覆層との接触面積が大きくなるため、当該金属板と上記金属被覆層の構成金属との密着性を高められる。なお、上述した金属板が取り外し可能な形態でも、上記金属被覆層を具える形態とすることができる。【００２７】
上記金属被覆層の構成金属は、マトリクス金属と同一組成でも異なる組成でもよい。同一組成とする場合、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合化するときに同時に金属被覆層の形成を行うと、金属被覆層を有する複合部材を生産性よく製造できる。この場合、得られた複合部材において、上述した複合材料からなる基板中のマトリクス金属と金属被覆層を構成する金属とは、連続する組織（鋳造組織）を有する。【００２８】
マトリクス金属と金属被覆層とが同一組成である複合部材は、例えば、上述したネットワーク部を有するＳｉＣ多孔体を原料に利用すると、容易に製造できる。ＳｉＣ多孔体などの粉末成形体に熱処理を施して作製したＳｉＣ集合体は、鋳型で自立可能な程度の強度を有し、独自で形状保持ができる。従って、上記ＳｉＣ多孔体などのＳｉＣ集合体を鋳型に配置し、当該鋳型とＳｉＣ集合体との間に所定の隙間を有する状態を維持し、この隙間にマトリクス金属溶湯が流入されるようにすることで、金属被覆層を形成できる。かつ、複合部材の所定の位置に、貫通孔の一部を構成する金属板が設けられるように、鋳型とＳｉＣ集合体との隙間に当該金属板を配置する。こうすることで金属被覆層を形成すると同時に金属板を鋳ぐるむことができ、金属板が一体化された複合部材を容易に製造できる。【００２９】
金属被覆層の形成と同時に金属板を一体化する場合に、当該金属板の厚さと金属被覆層の厚さとを異ならせてもよいが、同等の厚さとする場合、当該金属板を、上述した鋳型とＳｉＣ集合体との間の間隔を保持するためのスペーサに利用できる。上記隙間を確実に維持するために、別途スペーサを利用することができる。このスペーサは、ナフタレンなどのように複合時の熱で昇華により除去できるものや、カーボン、鉄、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）といった耐熱性に優れるものが利用できる。このスペーサは、金属被覆層に埋設させたままにしてもよいし、スペーサ部分を切削などにより除去してもよい。例えば、スペーサとして、形成する金属被覆層よりも若干細径の線状体を用意し、この線状体によりＳｉＣ集合体を鋳型に固定するなどして、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に線状体の径に応じた隙間を設けると、当該線状体の大部分が金属被覆層に埋設されるため、線状体を残存させていても、良好な外観の複合部材が得られる。【００３０】
上述した複合材料からなる基板のマトリクス金属と上記金属被覆層の構成金属とが異なる組成である場合、当該金属被覆層の構成金属は、例えば、マトリクス金属と異なる組成のＭｇ合金や、Ｍｇ及びＭｇ合金以外の金属、例えば、純度が９９％以上のＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉ、及びＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉを主成分とする合金（Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉを５０質量％超含有する合金）からなる群から選択される１種の金属が挙げられる。【００３１】
マトリクス金属と金属被覆層とが異なる組成である複合部材は、例えば、金属被覆層を形成するための金属板（以下、被覆板と呼ぶ）を適宜用意し、ロウ付け、超音波接合、鋳ぐるみ、圧延（クラッド圧延）、ホットプレス、酸化物ソルダー法、無機接着剤による接合の少なくとも１つの手法を利用することで、製造することができる。上記各手法は、マトリクス金属と金属被覆層とが同一組成である複合部材を製造する場合にも利用できる。上記被覆板を利用する場合、適宜な箇所に貫通孔の一部を構成する金属板を予め圧入などにより接合しておくと、金属板を含む金属被覆層を容易に形成できる。【００３２】
上記金属被覆層の形成領域、厚さは適宜選択することができる。例えば、上述した複合材料からなる基板を構成する面のうち、少なくともめっきが必要とされる面、具体的には、半導体素子が実装される実装面、この実装面と対向し、冷却装置に接触する冷却面の少なくとも一方が挙げられる。また、上述した貫通孔の一部を構成する金属板の周縁の少なくとも一部が金属被覆層に接合されるように、貫通孔の形成領域近傍に金属被覆層が存在することが好ましい。【００３３】
上記各金属被覆層の厚さは、上述した貫通孔の一部を構成する金属板の周縁の少なくとも一部が金属被覆層により接合されていれば、上述のように金属板の厚さと異なっていてもよい。但し、各金属被覆層の厚さが厚過ぎると、複合部材の熱膨張係数の増加や複合部材の熱伝導率の低下を招くことから、２．５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下、更に０．５ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上、特に０．０５ｍｍ（５０μｍ）以上０．１ｍｍ（１００μｍ）以下であっても、めっきの下地としての機能を十分に果たす上に、複合部材の搬送時や実装時などで金属被覆層を破損し難いと考えられる。金属被覆層を厚く形成しておき、研磨などにより所望の厚さにしてもよい。この場合、上記貫通孔の一部を構成する金属板の周縁を接合する金属被覆層の厚さを容易に変更することができる。【００３４】
上記金属板を具える形態として、上記貫通孔の内周面が当該金属板と同種の金属により構成された形態が挙げられる。【００３５】
上記形態によれば、上記貫通孔の実質的に全体がマトリクス金属以外の金属で構成される。特に、この金属として上述したＦｅやその合金などの高強度高靭性な金属を利用することで、貫通孔の構成金属が締結部材の軸力を実質的に１００％受けることになり、割れなどの発生の抑制、締結部材の軸力低下の抑制、クリープの発生の抑制を図ることができる。この形態は、例えば、複合部材を形成した後、複合部材に貫通孔を形成し、この貫通孔にクリンチングファスナといった内孔を有する金具を圧入すると、簡単に形成できる。このような金具を利用する場合、上述した金属被覆層を具える形態とすると、当該金具を複合部材に確実に固定できて好ましい。【００３６】
なお、例えば、ＳｉＣ多孔体に貫通孔を設けておき、この貫通孔にマトリクス金属と異なる金属からなる金属塊を嵌め込んで、ＳｉＣ多孔体とマトリクス金属との複合時に同時に鋳ぐるみ、当該金属塊に貫通孔を設けたり、或いは筒状の金属塊を鋳ぐるむことでも、マトリクス金属とＳｉＣとの複合領域に貫通孔の全体がマトリクス金属と異なる金属からなる貫通孔を具える複合部材が得られる。上記筒状の金属塊に予め設けられた孔を貫通孔に利用する場合、機械加工による貫通孔の形成工程が不要である。また、鋳型に上記金属塊を配置した後、ＳｉＣ粉末を適宜充填して、マトリクス金属とＳｉＣとを複合すると同時に、当該金属塊を鋳ぐるみ、上述のように金属塊に貫通孔を設けるなどすることでも、上記複合領域にマトリクス金属と異なる金属からなる貫通孔を具える複合部材が得られる。【００３７】
本発明の一形態として、上記複合部材の熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下、上記複合部材の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるものが挙げられる。【００３８】
上述のようにＳｉＣの充填率を高めたり、ネットワーク部を有したりすることで、熱伝導率κが高く、熱膨張係数αが小さい複合部材とすることができる。ＳｉＣの含有量やネットワーク部の形態、マトリクス金属の組成などにもよるが、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、更に３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率κを有する複合部材とすることができる。なお、上記熱膨張係数や熱伝導率は、上記複合部材が半導体素子などの放熱部材に利用される場合、半導体素子などが配置されない部分、即ち、上述した金属板などの貫通孔を構成する部分を除いて測定する。金属被覆層を具える形態を含み上記複合部材の熱膨張係数は、当該複合部材から試験片を作製して、市販の装置により測定すると簡単に求められる。或いは、金属被覆層を具える複合部材の熱膨張係数は、当該複合部材を構成する各材料の剛性などを考慮して複合則により算出してもよい。【００３９】
本発明は、他の局面において、上述した金属領域に貫通孔を具える形態において、貫通孔の構成材料を工夫することで、上記目的を達成する。具体的には、本発明は、マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとが複合されたマグネシウム基複合部材に係るものであり、この複合部材は、上記ＳｉＣを含まず、上記マグネシウム又は上記マグネシウム合金から構成される金属領域を有し、この金属領域に当該複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を有する。そして、上記貫通孔を構成する少なくとも一部の材料が上記金属領域の構成金属と異なる。【００４０】
上記構成によれば、Ｍｇ又はＭｇ合金からなる金属領域に貫通孔が設けられており、当該貫通孔において上記特定の材料により構成される箇所を具えることで、高温強度を改善できる。そのため、上記構成によれば、冷熱サイクルを受けても、締結部材の軸力の低下による固定状態の緩みが生じ難く、当該複合部材から構成される本発明放熱部材を固定対象に強固に固定した状態を安定して維持できる。従って、本発明放熱部材は、半導体素子などの熱を十分に放出することができ、放熱性に優れる。また、このような放熱部材と、この放熱部材に搭載される半導体素子とを具える本発明半導体装置は、放熱性に優れる。【００４１】
上記貫通孔の少なくとも一部を構成する材料は、特に、冷熱サイクルを受けても、締結部材の軸力の低下による固定状態の緩みが生じ難いように、高温強度に優れる各種の材料を利用することができる。例えば、金属（但し、金属領域を構成するマトリクス金属以外のもの）が挙げられる。その他、耐熱性に優れる樹脂、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン、耐熱温度２６０℃）といったフッ素樹脂などの有機材料の利用も考えられる。【００４２】
本発明の他の局面における一形態として、上記金属領域の厚さ方向の少なくとも一部に、上記金属領域の構成金属と異なる材料からなる埋設部材を有しており、上記貫通孔の少なくとも一部が上記埋設部材に設けられた形態が挙げられる。【００４３】
上記形態によれば、締結部材による軸力が作用する貫通孔において、その少なくとも一部が上記金属領域の構成金属、即ち複合部材のマトリクス金属（Ｍｇ又はＭｇ合金）以外の材料から構成されている。特に、この材料として、マトリクス金属よりも高温強度に優れるものを選択することで、冷熱サイクルを受けてもクリープの発生や締結部材の軸力の低下を抑制できる。また、貫通孔の少なくとも一部を構成する上記埋設部材はその外表面が上記金属領域に覆われた状態であることで当該金属領域との密着性に優れることから、この貫通孔は、上記軸力を十分に受けられ、上記軸力の緩和を抑制できる。【００４４】
上記埋設部材の構成材料は、種々のものが選択できるが、特に上記金属領域の構成金属よりも高温強度に優れるものが好ましい。このような高強度材料として、特に、Ｍｇ及びＭｇ合金以外の金属、例えば、Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，及びＴａから選択される１種の金属、或いは当該金属を主成分とする合金（例えば、ステンレス鋼など）といった金属材料、その他、カーボン、カーボン繊維を含有する材料といった非金属材料が挙げられる。金属材料は、上記金属領域との密着性に優れて好ましい。埋設部材が金属により構成されている場合、埋設部材の表面に例えば酸化膜などの絶縁層を設けたものを利用すると、上記金属領域を構成するマトリクス金属と当該埋設部材を構成する金属との異種金属の接触による電池腐食を低減することができる。上記酸化膜として、例えば、ＣａＯなどのＭｇと反応しない材質からなるものを利用する場合、複合後に当該酸化膜がそのまま残存して絶縁層として機能する。一方、上記酸化膜として、例えば、ＳｉＯ2や有機酸化物といったＭｇと反応する材質からなるものを利用する場合、複合時にＭｇ０が生成され、この反応生成物：Ｍｇ０が絶縁層として機能する。【００４５】
なお、上記金属領域を構成するマトリクス金属と異なる材料からなり、上記貫通孔の少なくとも一部を構成する部分は、上記金属領域に対して取り外し可能な形態とすることができる。しかし、上述のように埋設部材とすると、上記金属領域から脱落し難い上に、固定対象に取り付ける際、締結部材の軸力を受けるための別部材を配置する必要が無く、固定作業性に優れる。【００４６】
本発明の他の局面における一形態として、上記貫通孔において少なくとも、上記締結部材の頭部が接触する箇所は、上記金属領域の構成金属と異なる金属から構成されていることが好ましい。【００４７】
上記形態によれば、ボルトといった上記締結部材の頭部が接触する箇所、即ち、当該締結部材による軸力が作用し易い箇所が、上記金属領域の構成金属（マトリクス金属）と異種の金属により構成されている。この金属として、特にマトリクス金属よりも高温強度に優れるもの（代表的には上述したＦｅなどの金属材料）を選択することで、冷熱サイクルを受けても締結部材が熱膨張により変形する際に複合部材が追従し易く、締結部材の軸力の低下やクリープの発生を抑制でき、固定対象に対する固定状態の信頼性を高められる。この形態では、例えば、上述した埋設部材の一部を上記金属領域の表面から露出させ、この露出領域を上記頭部が接触する箇所とすることが挙げられる。【００４８】
本発明の他の局面における一形態として、上記埋設部材は、金属板を有する形態、或いは、上記金属領域の厚さ方向の全長に亘って存在する形態、或いは、少なくとも一部が金属繊維を含む形態が挙げられる。【００４９】
上記埋設部材の形態は、適宜選択することができ、例えば、金属板、柱状体や筒状体といった金属塊、金属板と上記金属塊とを組み合わせた複雑な立体形状物（例えば、クリンチングファスナといった内孔を有する金具）、上記金属領域の構成金属と異なる金属から構成される金属繊維を含む形態、金属板や上記金属塊と金属繊維との双方を含む形態が挙げられる。これら埋設部材の構成材料は、上述した高温強度に優れるＦｅなどの金属材料を好適に利用することができる。【００５０】
上記金属板を含む形態として、特に、金属板のみの形態とすると、マトリクス金属以外の金属の含有量を低減でき、軽量な複合部材とすることができる。また、金属板を含む形態では、当該金属板の一面が上記金属領域の表面から露出された形態とし、この露出面を上述した締結部材の頭部が接触する箇所とすると、当該金属板が締結部材の軸力を十分に受けられて好ましい。特に、露出される面積は、締結部材を締め付けて当該露出領域にこの締結部材の頭部が接した状態において、この頭部の周縁から金属板が突出する大きさとすると、上記締結部材の軸力を十分に受けられ、締結部材の軸力が貫通孔の近傍に局所的に加わることを抑制し、当該軸力を分散させることができる。上記露出される面積が大きいほど、締結部材の軸力を十分に受けられるが、複合部材を半導体素子などの放熱部材に利用するにあたり、半導体素子などの部品の載置面積の低下を招かない範囲で適宜選択することが好ましい。例えば、金属板において上記露出される面積（貫通孔を除く環状の面積）が締結部材の頭部を平面視したときの面積よりも大きい形態とすることができる。上記露出される面積が上記頭部の面積に対して１割（１０％）以上、更に１５％以上、取り分け２０％以上大きいと、上述のように締結部材の軸力が貫通孔の近傍に局所的に加わることを効果的に抑制できる。或いは、鉄やその合金などの高硬度な材質により金属板が構成されている場合、ある程度肉厚にすることで上記頭部の面積よりも上記露出される面積が小さい形態であっても、上述のように締結部材の軸力が貫通孔の近傍に局所的に加わることを効果的に抑制できると期待される。金属板の厚さ、形状は適宜選択することができる。【００５１】
上記金属塊を含む形態では、締結部材の軸力を受ける領域を大きくし易く、上記金属領域に加わる軸力を低減することができる。例えば、上記埋設部材は、上記金属領域の厚さ方向の一部にのみ存在し、上記貫通孔の少なくとも一方の開口部が上記金属領域の構成金属から構成された形態、即ち、上記貫通孔が上記埋設部材の構成材料と、上記金属領域の構成材料とから構成される形態とすることができる。この形態では、上記金属領域の一部に存在する上記埋設部材により、当該金属領域に加わる軸力を低減できることに加えて、この埋設部材が存在する箇所の表面が上記金属領域の構成金属により形成されることで、優れた外観を有したり、めっきや研磨などの加工が施し易くなったり、後述する金属被覆層を具える形態とする場合、複合部材の表面を実質的に金属のみにより構成することができる。或いは、上記埋設部材が上記金属領域の厚さ方向の全長に亘って存在する形態、即ち、上記埋設部材の両端面が上記金属領域の表面から露出され、上記貫通孔が当該埋設部材の構成材料から構成される形態とすることができる。この形態では、当該埋設部材が締結部材の軸力を実質的に１００％受けることになり、締結部材の軸力低下の抑制、クリープの発生の抑制を効果的に図ることができる。上記金属塊の大きさ、形状は、適宜選択することができる。例えば、金属塊の外形が凹凸形状である異形の柱状体などとすると、当該金属塊と上記金属領域との接触面積が大きくなる他、当該金属塊と上記金属領域とが立体的に係合することにより、上記金属領域における金属塊の保持力を高められるため、当該金属塊と上記金属領域を構成するマトリクス金属との密着性を高めることができる。【００５２】
上記金属繊維を含む形態では、金属繊維の充填度合いにより埋設部材の機械的特性を容易に変更することができる。金属繊維の充填率が低いと、上述のように軽量化に寄与することができ、充填率が高かったり、充填領域が広い、特に、上記金属領域の厚さ方向の全長に亘って金属繊維が存在すると、上述のように金属領域に加わる軸力の低減に効果的に寄与することができる。この形態では、金属繊維間に上記金属領域の構成金属が含浸されることで、金属繊維からなる埋設部材と当該金属領域の構成金属との密着性に優れる。その他、金属繊維は、所望の形状を形成し易く、利用し易い。【００５３】
本発明のさらに他の局面におけるマグネシウム基複合部材は、固定対象に取り付けるための締結部材が挿通されるための貫通孔が設けられたものであって、基板および受部を有する。基板は、マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属と、マトリクス金属中に分散されたＳｉＣ粒子としてのＳｉＣとが複合された複合材料からなり、貫通部が設けられている。受部は、基板の貫通部に取り付けられており、貫通孔が設けられており、マトリクス金属と異なる金属材料からなる。【００５４】
上記構成によれば、締結部材の締付時、基板ではなく受部に設けられた貫通孔が締め付け力を受ける。そのため、基板に設けられた貫通孔が締め付け力を直接受ける場合において生じ得る貫通孔周辺での基板割れを防止することができる。また基板のＳｉＣがマトリクス金属中に分散されたＳｉＣ粒子として存在することによって、外力が加わった際に個々の粒子がある程度独立に変位可能なので、ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部が形成されている場合に比して、基板割れが生じ難い。また受部がマトリクス金属と異なる金属材料からなることで、受部の材料をマグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれとも異なるものとすることができるので、締結部材の軸力低下がより生じ難い材料を選択することができる。よってマグネシウム基複合部材が冷熱サイクルを受けても、締結部材の軸力の低下による固定状態の緩みが生じ難い。従って、上記構成によれば、当該複合部材から構成される本発明放熱部材を固定対象に強固に固定することができ、かつ、この固定した状態を安定して長期に亘り維持できる。そのため、本発明放熱部材は、半導体素子などの熱を十分に放出することができ、放熱性に優れる。また、このような放熱部材と、この放熱部材に搭載される半導体素子とを具える本発明の半導体装置は、放熱性に優れる。【００５５】
上記複合材料に占めるＳｉＣの体積割合は、たとえば、高密度に充填されたＳｉＣ粒子に対して溶解したマトリクス金属を注入する製造方法によって、容易に高めることができる。この割合は６０体積％超とすることができ、さらに７５体積％超とすることができる。【００５６】
上記受部は、基板に埋め込まれた突起を有してもよい。この突起がアンカーとして働くことで、受部が基板から外れ難くなる。【００５７】
上記貫通部は、基板に設けられた孔部であってもよい。これにより受部の全周が基板に取り囲まれるので、受部が基板から外れ難くなる。あるいは貫通部は、基板に設けられた切欠部であってもよい。これにより受部を、基板に設けられた貫通孔ではなく、基板に設けられた切欠に取り付けることができる。受部が取り付けられる貫通孔が基板に設けられる場合は基板のうち貫通孔よりも外側に位置する部分が破断しやすいが、受部が切欠に取り付けられる場合は、受部が取り付けられる貫通孔を設ける必要がないので、このような破断を防止することができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明複合部材及びこの複合部材から構成される本発明放熱部材は、固定対象に強固に固定することができる。本発明半導体装置は、上記放熱部材を具えることで熱特性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】実施形態１の複合部材の概略を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線ＩＢ−ＩＢに沿う概略断面図である。
【図２Ａ】実施形態２の複合部材の概略を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿う概略断面図である。
【図３Ａ】実施形態３の複合部材の概略を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの線ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う概略断面図である。
【図４Ａ】実施形態４の複合部材の概略を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿う概略断面図である。
【図５Ａ】実施形態５の複合部材の概略を示す平面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの線ＶＢ−ＶＢに沿う概略断面図である。
【図６Ａ】実施形態６の複合部材の概略を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの線ＶＩＢ−ＶＩＢに沿う概略断面図である。
【図７Ａ】実施形態７の複合部材の概略を示す平面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの線ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿う概略断面図である。
【図８Ａ】実施形態８の複合部材の概略を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの線ＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢに沿う概略断面図である。
【図９Ａ】実施形態９の複合部材の概略を示す平面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの線ＩＸＢ−ＩＸＢに沿う概略断面図である。
【図１０】実施形態１０の複合部材の概略を示す平面図である。
【図１１】実施形態１１の放熱部材および半導体装置の概略を示す断面図である。
【図１２Ａ】試験例１に用いた比較の複合部材の概略を示す平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの線ＸＩＩＢ−ＸＩＩＢに沿う概略断面図である。
【図１３Ａ】試験例２に用いた比較の複合部材の概略を示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの線ＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢに沿う概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
はじめに実施形態１〜３に共通する内容について説明する。
【００６１】
≪複合部材≫
本発明複合部材の形態として、マトリクス金属を構成するマグネシウム又はマグネシウム合金と、非金属無機材料（主としてＳｉＣ）とが複合された複合材料からなる基板のみの形態と、上記基板と、この基板の少なくとも一面を覆う金属被覆層とを具える形態とが挙げられる。金属被覆層は上述しているため、ここでは、基板を詳細に説明する。
【００６２】
［マトリクス金属］
上記基板中のマトリクス金属の成分は、９９．８質量％以上のＭｇ及び不純物からなるいわゆる純マグネシウム、又は添加元素と残部がＭｇ及び不純物からなるマグネシウム合金とする。マトリクス金属が純マグネシウムである場合、合金である場合と比較して、（１）複合部材の熱伝導性を高められる、（２）凝固時に晶出物が不均一に析出するなどの不具合が生じ難いため、均一的な組織を有する基板を得易い、といった利点を有する。マトリクス金属がマグネシウム合金である場合、液相線温度が低下するため、溶融する際の温度を低下できる上に、基板の耐食性や機械的特性（強度など）を高められる。添加元素は、Ｌｉ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃａ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｕ，及びＺｒの少なくとも１種が挙げられる。これらの元素は、含有量が多くなると熱伝導率の低下を招くため、合計で２０質量％以下（マトリクス金属を１００質量％とする。以下、添加元素の含有量について同様）が好ましい。特に、Ａｌは３質量％以下、Ｚｎは５質量％以下、その他の元素はそれぞれ１０質量％以下が好ましい。Ｌｉを添加すると、複合部材の軽量化、及び加工性の向上の効果がある。公知のマグネシウム合金、例えば、ＡＺ系，ＡＳ系，ＡＭ系，ＺＫ系，ＺＣ系，ＬＡ系などでもよい。所望の組成となるようにマトリクス金属の原料を用意する。
【００６３】
［非金属無機材料］
＜組成＞
上記基板中には、ＳｉＣを含有する。ＳｉＣは、（１）熱膨張係数が３ｐｐｍ／Ｋ〜４ｐｐｍ／Ｋ程度であり半導体素子やその周辺部品の熱膨張係数に近い、（２）非金属無機材料の中でも熱伝導率が特に高い（単結晶：３９０Ｗ／ｍ・Ｋ〜４９０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）、（３）種々の形状、大きさの粉末や焼結体が市販されている、（４）機械的強度が高い、といった優れた効果を奏する。その他、熱膨張係数がＭｇよりも小さく、熱伝導性に優れ、かつＭｇと反応し難い非金属無機材料、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ｍｇ3Ｎ2、Ｍｇ2Ｓｉ、ＭｇＢ2、ＭｇＣｌ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＣａＯ、ＣａＣｌ2、ＺｒＯ2、ダイヤモンド、グラファイト、ｈ−ＢＮ、ｃ−ＢＮ、Ｂ4Ｃ、Ｙ2Ｏ3、ＮａＣｌの少なくとも１種を含有することを許容する。ＳｉＣ以外の非金属無機材料は、例えば、ネットワーク部として存在する。
【００６４】
＜存在状態＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板中のＳｉＣの存在状態として、代表的には、マトリクス金属中にばらばらに分散した形態（以下、分散形態と呼ぶ）、ネットワーク部により結合された形態（以下、結合形態と呼ぶ）が挙げられる。特に、結合形態では、ＳｉＣの全体がネットワーク部により連結されて連続し、ＳｉＣ間にマトリクス金属が充填された形態、即ち、基板からマトリクス金属を除去した場合、開気孔を有する多孔体であることが好ましい。この多孔体は、閉気孔が少ない、具体的には基板中の非金属無機材料の全体積に対して１０体積％以下、更に３体積％以下であることが好ましい。基板中の非金属無機材料は、原料に用いた非金属無機材料がほぼそのままの状態で存在する。従って、原料に上述のような閉気孔が少ない多孔体を利用すると、マトリクス金属溶湯が多孔体に溶浸するための経路を十分に有することができ、かつ、上記開気孔にマトリクス金属が充填されることで、得られた基板自体も気孔が少なくなる。気孔が少ない基板を具えることで、この複合部材は、熱伝導率が高くなる。複合部材中のネットワーク部の存在や閉気孔の割合は、例えば、当該複合部材の断面を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することで確認したり、測定したりすることができる。
【００６５】
＜含有量＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板中のＳｉＣの含有量は、適宜選択することができる。ＳｉＣの含有量が多いほど熱伝導率κが高まる上、熱膨張係数αが小さくなり易い。従って、ＳｉＣの含有量は、熱特性を考慮すると、基板を１００体積％とするとき、５０体積％以上、特に７０体積％超、更に７５体積％以上、とりわけ８０体積％以上、好ましくは８５体積％以上が望まれる。ＳｉＣの含有量が７０体積％超である場合、半導体素子やその周辺部品の熱膨張係数（４ｐｐｍ／Ｋ〜８ｐｐｍ／Ｋ程度）と同等程度の熱膨張係数を有する上に、１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という高い熱伝導率を有する複合部材とすることができる。このような複合部材は、半導体素子などに適合した低い熱膨張係数を有しながら放熱性にも優れることから、半導体素子の放熱部材に好適に利用できる。また、半導体素子やその周辺部品との熱膨張係数の整合性に優れる上記複合部材は、半導体素子などとの接合箇所に生じる熱応力が少ない上に、上述のように貫通孔の構成材料を特定の材料とすることで、所定の接合強度を十分に維持できるため、放熱部材を含めた半導体装置の信頼性を高められる。その他、熱伝導性に優れる上記複合部材は、放熱部材としての信頼性を高められる上に、放熱部材を小型にでき、引いては半導体装置の小型化にも寄与することができる。但し、工業生産性などを考慮すると、ＳｉＣの含有量は、８０体積％〜９０体積％程度が実用的であると考えられる。
【００６６】
＜ネットワーク部＞
ネットワーク部を有する形態の場合、ネットワーク部の構成材料は、上述したＳｉＣの他、シリコン窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）、マグネシウム化合物（例えば、ＭｇＢ2，ＭｇＯ，Ｍｇ3Ｎ2）、その他の窒化物（例えば、ＢＮ，ＡｌＮ）、酸化物（例えば、ＣａＯ）といった非金属無機材料、Ｍｏといった金属材料が挙げられる。Ｓｉ3Ｎ4は、熱膨張係数が小さいことから、ネットワーク部がＳｉ3Ｎ4により構成されることで、熱膨張係数が更に小さい複合部材とすることができる。
【００６７】
上述したように製造条件によりネットワーク部の太さを変化させられる。ネットワーク部の太さとは、複合部材の断面において所定の長さの線分を任意にとり、ＳｉＣとネットワーク部とから構成されるＳｉＣ集合体の輪郭線が上記線分を横断する箇所の長さ、つまり、上記輪郭線において上記線分との交点であって、隣り合う交点間の長さを言う。上記交点間の長さが長い、即ち、ネットワーク部が太い場合は、熱特性に優れ、特に熱膨張係数が小さくなる傾向にあり、上記交点間の長さが短い、即ち、ネットワーク部が細い場合は、機械的特性に優れ、特に引張強度や曲げ強度が高い傾向にある。ネットワーク部の太さが太くなると、上記線分における交点数が少なくなる。そこで、複合部材の断面において、当該複合部材の実寸に対して長さ１ｍｍの線分を任意にとり、上記ＳｉＣと上記ネットワーク部とから構成されるＳｉＣ集合体の輪郭線と上記線分との交点の数が５０以下を満たすものをネットワーク部の太さが太いもの、ということができる。
【００６８】
＜基板の厚さ＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板の厚さは、適宜選択できるが、半導体素子の放熱部材として利用する場合、１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下が好ましい。
【００６９】
［貫通孔］
上記基板、又は基板と金属被覆層とを具える複合部材に設けられた貫通孔の大きさや個数は適宜選択することができ、特に問わない。また、貫通孔は、ネジ加工が施されたネジ孔、ネジ加工が施されていない平滑な面からなる孔のいずれでもよい。更に、貫通孔は、皿もみ加工を施された形態とすることができる。皿もみ加工により、ボルト頭といった締結部材の頭部が複合部材の表面から突出せず、固定対象に固定された状態において平滑な表面とすることができる。
【００７０】
≪製造方法≫
本発明複合部材は、代表的には、ＳｉＣ粉末を利用してＳｉＣ集合体を形成する成形工程と、鋳型に収納された上記ＳｉＣ集合体に溶融したマグネシウム又はマグネシウム合金（以下、マトリクス金属溶湯と呼ぶ）を溶浸させて複合する複合工程と、得られた複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を形成する孔形成工程とを具える製造方法により製造することができる。ネットワーク部を有する結合形態の複合部材を製造する場合、上述したように或いは後述する適宜な方法でネットワーク部を形成する。金属被覆層を有する複合部材を製造する場合、上述したように適宜な方法で金属被覆層を形成する。
【００７１】
［原料］
マトリクス金属には、上述した純マグネシウム又はマグネシウム合金のインゴットを好適に利用できる。上記ＳｉＣ集合体の原料には、主として、ＳｉＣ粉末が利用できる。特に、粒子状や繊維状のＳｉＣ粉末であって、平均粒径（繊維状の場合、平均短径）が１μｍ以上３０００μｍ以下、特に、１０μｍ以上２００μｍ以下であると、粉末の集合体を製造し易く好ましい。平均粒径が異なる複数種の粉末を組み合わせて用いると、ＳｉＣの充填率を高め易い。複合部材中のＳｉＣの含有量は、原料の量に実質的に等しいため、複合部材が所望の熱特性となるように、原料の量を適宜選択するとよい。また、複合部材（基板）が所定の形状となるように、原料の粉末を充填する金型の形状や、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属とを複合する鋳型の形状を適宜選択するとよい。
【００７２】
［成形工程］
上記ＳｉＣ集合体の形態には、粉末成形体と、粉末成形体を焼結して得られる焼結体（代表的にはネットワーク部を有するＳｉＣ多孔体）とが挙げられる。複合部材中のＳｉＣの含有量を５０体積％以上、特に７０体積％超に高める場合、粉末成形体の形成には、スリップキャスト、加圧成形、ドクターブレード法が好適に利用でき、得られた粉末成形体は、ハンドリングが可能な強度を持つ。複合部材中のＳｉＣの含有量が低い場合には、タッピングなどでも十分に粉末成形体を形成することができる。
【００７３】
上記焼結条件は、例えば、（１）真空雰囲気、加熱温度：８００℃〜１３００℃未満、保持時間：１０分〜２時間程度、（２）大気雰囲気、加熱温度：８００℃〜１５００℃、保持時間：１０分〜２時間程度が挙げられる。上記焼結条件により焼結を行ったり、上述したネットワーク部を形成するための熱処理を行うことで、（１）上記粉末成形体よりも強度が高く、鋳型に収納する際などで欠けなどが生じ難く、扱い易い焼結体が得られる、（２）多孔体を容易に作製できる、（３）焼結温度や保持時間を調節することで、焼結体を緻密化させてＳｉＣの充填率を向上でき、ＳｉＣの含有量が７０体積％以上である複合部材を得易い、といった利点がある。なお、比較的低温である上記焼結条件（１），（２）では、ネットワーク部を有していない分散形態の複合部材が得られる傾向にある。
【００７４】
上記ＳｉＣ集合体として、市販のＳｉＣ焼結体を利用してもよい。この場合、ＳｉＣ焼結体は、複合部材中に存在し得るネットワーク部を有し、かつマトリクス金属溶湯が溶浸するための開気孔を有するものを適宜選択するとよい。
【００７５】
ネットワーク部を有するＳｉＣ集合体を形成する方法として、上述した熱処理を施す方法の他、例えば、以下の方法が挙げられる。
【００７６】
（１）  ＳｉＣ粉末と、Ｓｉ粉末又はＳｉを含有する化合物からなる粉末との混合粉末を用いてＳｉを含有する粉末成形体を形成し、この粉末成形体を窒素雰囲気下で熱処理してシリコン窒化物を生成し、このシリコン窒化物によりネットワーク部を構成する方法。
【００７７】
この方法では、熱処理温度を８００℃〜１８００℃程度に低くしても、ＳｉＣ同士を十分に結合できる上に、ネットワーク部を太くすることができる。上記Ｓｉを含有する粉末成形体は、Ｓｉを含有する酸化物、例えば、ＳｉＯ2、Ｈ2ＳｉＯ3、Ｎａ2ＳｉＯ3といったセラミックスからなる添加剤を利用し、この酸化物を還元することでも形成できる。
【００７８】
（２）  上述した非金属無機材料の前駆体（例えば、ポリカルボシラン、金属アルコキシド）の溶液を作製して粉末成形体に含浸させた後加熱し、当該前駆体からネットワーク部を構成する非金属無機材料（例えばＳｉＣ，ＭｇＯ，ＣａＯ）を生成する方法。
【００７９】
この方法では、比較的低温でネットワーク部を製造できる上に、ＳｉＣを新生した場合、ＳｉＣの密度を高められる。
【００８０】
（３）  ＳｉＣ粉末と、ホウ素及び酸素の少なくとも１種を含有する反応用粉末（例えば、ホウ素，ＢＮ，ＴｉＢ2，ホウ酸（Ｂ2Ｏ3）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4・８Ｈ2Ｏ）といった単体元素の粉末、酸化物や硼化物、ホウ酸化物の粉末）との混合粉末により粉末成形体を形成し、マトリクス金属溶湯と上記反応用粉末との反応により、新たな非金属無機材料を生成し、この生成物からネットワーク部を構成する方法。
【００８１】
この方法では、ネットワーク部の形成にあたり、別途、熱処理や加熱が不要である。
（４）  ＳｉＣ粉末と、窒素又は酸素と反応して酸化物又は窒化物を生成する前駆体粉末（例えば、ＳｉＣｌ4，有機Ｓｉ化合物）との混合粉末により粉末成形体を形成し、この粉末成形体に熱処理を施すことで、上記酸化物又は窒化物を生成し、この生成物からネットワーク部を構成する方法。
【００８２】
この方法では、比較的低温でネットワーク部を製造できる。
なお、ＳｉＣ粉末のみのＳｉＣ粉末成形体を作製した後、別途用意した上記Ｓｉ粉末や、前駆体粉末、反応用粉末などを水などの溶媒に混合した混合液（例えば、水溶液）に当該ＳｉＣ粉末成形体を含浸させた後、上記溶媒を乾燥させると、Ｓｉなどの所望の物質を粉末成形体に均一的に分散させ易い。
【００８３】
〈酸化膜の形成〉
更に、上記ＳｉＣ集合体として、その表面に酸化膜を具えるものを利用すると、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属との濡れ性が高められて好ましい。酸化膜を具えるＳｉＣ集合体は、ＳｉＣの含有量が多く、ＳｉＣ間の隙間が非常に小さい場合であっても、毛管現象によりマトリクス金属溶湯が浸透し易い。ネットワーク部を有する複合部材を得る場合、焼結体などのＳｉＣ集合体を作製した後に酸化膜を形成する酸化工程を具えることが好ましく、ネットワーク部を有しない複合部材を得る場合、ＳｉＣ粉末といった原料粉末に酸化膜を形成しておき、酸化膜を具える粉末を利用してＳｉＣ集合体（粉末成形体）を形成するとよい。
【００８４】
上記酸化膜を形成するための条件は、粉末の場合も焼結体などの場合も同様であり、加熱温度は、７００℃以上、特に７５０℃以上、更に８００℃以上が好ましく、とりわけ８５０℃以上、更に８７５℃以上１０００℃以下が好ましい。また、上記原料のＳｉＣに対する質量割合が０．４％以上１．５％以下（酸化膜の厚さ：５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度）、特に１．０％以下を満たすように酸化膜を形成することが好ましい。酸化膜を具えるＳｉＣ集合体を原料に利用した場合、得られた複合部材中のＳｉＣの近傍（ＳｉＣ集合体の輪郭線から１００ｎｍ〜３００ｎｍ以内の領域）は、当該近傍以外の箇所よりも酸素濃度が高い傾向にある。
【００８５】
［複合工程］
鋳型に上記ＳｉＣ集合体を収納して、マトリクス金属溶湯を溶浸させた後、当該マトリクス金属を凝固させることで、複合部材（基板）が得られる。特に、締結部材が挿通される貫通孔の一部を構成する金属板を複合部材に一体に具える形態の複合部材を製造する場合、上記ＳｉＣ集合体と共に金属板を鋳型に収納して、上記ＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合すると共に、金属板を一体化する。
【００８６】
上記複合工程は、大気圧（概ね０．１ＭＰａ（１ａｔｍ））以下の雰囲気で行うと、雰囲気中のガスを取り込み難く、ガスの取り込みに伴う気孔が生じ難い。但し、Ｍｇは蒸気圧が高いため、高真空状態とするとマトリクス金属溶湯を取り扱い難くなる。従って、上記複合工程の雰囲気圧力を大気圧未満とする場合、０．１×１０-5ＭＰａ以上が好ましい。また、上記複合工程は、Ａｒといった不活性雰囲気で行うと、特にＭｇ成分と雰囲気ガスとの反応を防止でき、反応生成物の存在に伴う熱特性の劣化を抑制できる。溶浸温度は、マトリクス金属がマグネシウム（純Ｍｇ）の場合、６５０℃以上が好ましく、溶浸温度が高いほど濡れ性が高まるため、７００℃以上、特に８００℃以上、更に８５０℃以上が好ましい。但し、１０００℃超とすると、引け巣やガスホールといった欠陥が生じたり、Ｍｇが沸騰する恐れがあるため、溶浸温度は１０００℃以下が好ましい。また、過剰な酸化膜の生成や晶出物の生成を抑制するために９００℃以下がより好ましい。
【００８７】
［孔形成工程］
得られた複合部材の所望の位置に、ボルトといった締結部材が挿通される貫通孔を機械加工により形成する。特に、放電加工を利用すると、複合部材においてＳｉＣが存在する領域に上記貫通孔を形成する場合であっても容易に設けられる。上記貫通孔の一部を構成する金属板を複合部材（基板）に一体に具える形態では、ＳｉＣとマトリクス金属とから構成される基板と共に金属板に貫通孔を設けると、金属板から当該基板に連通する貫通孔を容易に設けられる。上述したワッシャやクリンチングファスナなどの内孔を有する金具を利用する形態では、上記基板に孔を設けた後、上記金具を適宜配置することで、当該金具から基板に設けられた孔に連続する貫通孔や複合部材の表裏に連通する貫通孔を構成することができる。上記貫通孔の少なくとも一部を上述した樹脂で形成する場合、例えば、上記基板に孔を設けた後、この孔に樹脂を充填し、この充填した樹脂部分に貫通孔を設けると、樹脂で構成される貫通孔を容易に形成することができる。貫通孔が樹脂により形成されることで、異種金属の接触による電池腐食が生じ得ない。
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態１〜３を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、図中では、分かり易いように金属被覆層や貫通孔を誇張して示す。
【００８８】
［実施形態１］
図１Ａおよび図１Ｂを参照して、実施形態１のマグネシウム基複合部材１Ａ（複合部材とも称する）を説明する。複合部材１Ａは、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板１０と、マグネシウムから構成され、基板１０の表面の実質的に全面を覆う金属被覆層１１とを具えるマグネシウム基複合部材であり、当該複合部材１Ａを固定対象（図示せず）に取り付けるためのボルト（締結部材）１００が挿通される貫通孔２０Ａを具える。この複合部材１Ａの特徴とするところは、貫通孔２０Ａの形態にある。以下、貫通孔２０Ａを中心に説明する。
【００８９】
複合部材１Ａは、基板１０中にＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有しており、基板１０中のＳｉＣは、上記ネットワーク部により実質的に全体に亘って連続した形態である。複合部材１Ａにおいて、上記ネットワーク部が存在する領域に、基板１０の一面を覆う金属被覆層１１から基板１０を経て、基板１０の他面を覆う金属被覆層１１に貫通する孔（基板孔）（以下、ベース孔２１と呼ぶ）が設けられている。ベース孔２１の外周を囲むように、内孔２２ｈ（受部孔）を有する金属板２２（受部）が配置されて、ベース孔２１と金属板２２の内孔２２ｈとにより、貫通孔２０Ａが構成されている。
【００９０】
金属板２２は、ステンレス鋼製のワッシャであり、その外径は、ボルト１００の大きさに対応して規定される規格サイズのよりも一回り大きいものである。そのため、ボルト１００を締め付けて金属板２２にボルト１００の頭部が接した状態にしたとき、図１Ｂに示すように、頭部の周縁から金属板２２が十分に突出している。この金属板２２には、その面積が、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積に対して１０％以上大きいものが好適に利用できる。
【００９１】
複合部材１Ａは、上記貫通孔２０Ａにボルト１００を挿通し、このボルト１００を締め付けることで固定対象に取り付けられる。固定対象に固定された状態では、上述のようにボルト１００の頭部は金属板２２に接触する。即ち、複合部材１Ａは、貫通孔２０Ａにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成されている。
【００９２】
上記複合部材１Ａは、以下のように作製した。原料として、９９．８質量％以上のＭｇ及び不純物からなる純マグネシウムのインゴット（市販品）、及びＳｉＣ集合体として市販のＳｉＣ焼結体（ネットワーク部がＳｉＣから構成されたＳｉＣ多孔体。相対密度８０％、長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ４ｍｍ）を用意した。
【００９３】
用意したＳｉＣ集合体に８７５℃×２時間の酸化処理を施して酸化膜を形成し、溶融した純マグネシウムとの濡れ性を高めた。上記酸化処理の工程は、省略してもよい。
【００９４】
上記ＳｉＣ集合体を鋳型に収納して、溶融した純マグネシウムをＳｉＣ集合体に溶浸させ、純マグネシウムを凝固させる。
【００９５】
上記鋳型は、カーボン製であり、一方が開口した直方体状の箱体であり、複数の分割片を組み合わせて一体に形成される。この鋳型の内部空間がＳｉＣ集合体の収納空間として利用される。ここでは、直径φ０．５ｍｍのステンレス鋼ワイヤをスペーサとして用意し、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に当該スペーサが配置可能な大きさの内部空間を有する鋳型を利用する。この鋳型にＳｉＣ集合体を収納し、鋳型の適切な位置にＳｉＣ集合体が配置されるように、上記スペーサによりＳｉＣ集合体を鋳型に固定する。上記スペーサにより鋳型に固定されることでＳｉＣ集合体は、鋳型内に安定して配置されると共に、ＳｉＣ集合体と鋳型との間にスペーサの大きさ（ここでは直径）に応じた大きさの隙間（ここでは０．５ｍｍの隙間）が板状のＳｉＣ集合体の表裏、及び周縁に容易に設けられる。
【００９６】
なお、分割片を組み合わせた構成とせず、一体成形された鋳型を利用してもよい。また、ここでは、鋳型の内周面においてＳｉＣ集合体が接触する箇所には、市販の離型剤を塗布してから上記ＳｉＣ集合体を鋳型に収納した。離型剤を塗布することで、複合部材を取り出し易くすることができる。この離型剤の塗布工程は、省略してもよい。
【００９７】
上記鋳型は、開口部の周縁に連結されるインゴット載置部を有しており、このインゴット載置部に用意した上記インゴットを配置し、この鋳型を所定の温度に加熱することで当該インゴットを溶融する。鋳型の加熱は、加熱可能な雰囲気炉に鋳型を装入することで行う。
【００９８】
ここでは、溶浸温度：７７５℃、Ａｒ雰囲気、雰囲気圧力：大気圧となるように上記雰囲気炉を調整した。溶融した純マグネシウムは、鋳型の開口部から鋳型の内部空間に流入して、当該内部空間に配置されたＳｉＣ集合体に溶浸される。また、スペーサにより設けられた鋳型とＳｉＣ集合体との間の隙間に溶融した純マグネシウムが流れ込むことで、複合された基板１０の対向する二面、及び周縁に、純マグネシウムからなる金属被覆層１１が形成される。
【００９９】
上記溶浸後、鋳型を冷却して純マグネシウムを凝固した。ここでは、鋳型の底部から開口部に向かって一方向に冷却されるように、底部側を積極的に冷却した。このような冷却を行うことで、大型な複合部材であっても内部欠陥を低減することができ、高品質な複合部材が得られる。なお、小型な複合部材である場合、上述のような一方向の冷却を行わなくても、高品質な複合部材が得られる。
【０１００】
得られた複合物（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）において所望の位置に機械加工（ここでは放電加工）により、ベース孔２１を形成する。ここでは、複合部材１Ａの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個のベース孔２１を設けている。そして、ベース孔２１に金属板２２を配置することで、貫通孔２０Ａの一部がマトリクス金属以外の金属により構成された複合部材１Ａが得られる。
【０１０１】
上記構成を具える複合部材１Ａは、貫通孔２０Ａの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を金属板２２により十分受けられる。特に、複合部材１Ａでは、金属板２２を、ボルト１００の周縁から十分に突出する程度の大きさを有するものとしている。従って、複合部材１Ａは、ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有する形態でありながら、ボルト１００の締付時に、ベース孔２１の近傍に割れが生じることを効果的に防止できる。また、ボルト１００の頭部が接触する箇所が高強度・高靭性な金属で構成されていることで、複合部材１Ａは、冷熱サイクルを受けた場合にもクリープを生じ難くしたり、ボルト１００の軸力の低下を抑制したりすることができ、固定対象に対する固定状態の緩みが生じ難い。そのため、複合部材１Ａは、固定当初から長期に亘り固定対象に強固に固定した状態を維持できると期待される。
【０１０２】
なお、得られた複合部材１Ａの成分をＥＤＸ装置により調べたところ、Ｍｇ及びＳｉＣ、残部：不可避的不純物であり、用いた原料と同様であった。得られた複合部材１ＡにＣＰ（Cross-section  Polisher）加工を施して断面を出し、ＳＥＭ観察によりこの断面を調べたところ、複合部材１Ａ中のＳｉＣは網目状となっており、ＳｉＣ同士が直接結合されていた。即ち、ネットワーク部がＳｉＣで形成された多孔体となっており、用いた原料の焼結体と同様であった。得られた複合部材１Ａの断面を光学顕微鏡で観察したところ、ＳｉＣ間の隙間に純マグネシウムが溶浸されていること、及び基板１０の表面に純マグネシウムからなる金属被覆層１１を具えていることが確認できた。更に、基板１０のマトリクス金属及び金属被覆層１１の構成金属の組成をＥＤＸ装置により調べたところ、同一組成（純マグネシウム）であった。また、上記断面の観察像から、基板１０の両面に形成された各金属被覆層１１は、基板１０中の純マグネシウムと連続した組織を有していることが確認できた。更に、上記断面の観察像を用いて各金属被覆層１１の厚さを測定したところ、概ね０．５ｍｍ（５００μｍ）であり、上述したスペーサの大きさに実質的に一致していることが確認できた。
【０１０３】
また、得られた複合部材１Ａにおいて基板１０部分のＳｉＣの含有量を測定したところ、８０体積％であった。ＳｉＣの含有量は、複合部材の任意の断面を光学顕微鏡（５０倍）で観察し、この観察像を市販の画像解析装置で画像処理して、この断面中のＳｉＣの合計面積を求め、この合計面積を体積割合に換算した値をこの断面に基づく体積割合とし（面積割合≒体積割合）、ｎ＝３の断面の体積割合を求め、これらの平均値とした。
【０１０４】
更に、得られた複合部材１Ａについて熱膨張係数α（ｐｐｍ／Ｋ）及び熱伝導率κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定したところ、熱膨張係数α：５．１ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率κ：２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱膨張係数及び熱伝導率は、複合部材１Ａから試験片を切り出し、市販の測定器を用いて測定した。熱膨張係数は、３０℃〜１５０℃の範囲について測定した。
【０１０５】
以上から、得られた複合部材１Ａは、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ程度の半導体素子やその周辺部品との整合性に優れる上に、熱伝導率も高く、熱特性に優れることがわかる。かつ、複合部材１Ａは、上述のように固定対象に対して強固に固定できる。従って、複合部材１Ａは、上記半導体素子の放熱部材の構成材料に好適に利用できると期待される。
【０１０６】
また、複合部材１Ａは、基板１０の両面に金属被覆層１１を具えることで、電気めっきによりＮｉめっきなどを容易に施すことができ、当該めっきにより、半田との濡れ性を高められる。更に、複合部材１Ａは、その表面全体が単一の金属で構成される（金属被覆層１１を具える）ことで、表面研磨・研削などの表面加工を行う場合、容易に施せる。
【０１０７】
なお、実施形態１では、ＳｉＣ集合体として市販のＳｉＣ焼結体を利用したが、上述したように、例えば、粉末成形体を作製した後、適宜熱処理を施すことで作製してもよい。この点は、後述する実施形態２，３についても同様である。
【０１０８】
また、実施形態１では、金属被覆層を具える形態を説明したが、金属被覆層を具えず、基板のみの形態とすることができる。この場合、鋳型として、例えば鋳型の内部空間がＳｉＣ集合体に応じた大きさとし、ＳｉＣ集合体を鋳型に収納したとき、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に実質的に隙間が設けられないものが挙げられる。或いは、基板のいずれか一面にのみ金属被覆層を具える形態とすることができる。この場合、上述したスペーサをＳｉＣ集合体の一面にのみ配置するとよい。後述する実施形態２，３では、少なくとも一面に金属被覆層を具えることが好ましい。金属被覆層の形成にあたり、スペーサの厚さや形状を適宜選択することで、金属被覆層の厚さや形成領域を容易に変更することができる。
【０１０９】
［実施形態２］
図２Ａおよび図２Ｂを参照して、実施形態２のマグネシウム基複合部材１Ｂを説明する。複合部材１Ｂの基本的構成は、実施形態１の複合部材１Ａと同様であり、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板１０と、マグネシウムから構成される金属被覆層１１とを具える。また、複合部材１Ｂも、ＳｉＣ同士が結合するネットワーク部が存在する領域に、ボルト１００が挿通される貫通孔２０Ｂを具える。実施形態２の複合部材１Ｂにおいて実施形態１の複合部材１Ａとの差異は、貫通孔２０Ｂの形態にある。以下、貫通孔２０Ｂを中心に説明し、実施形態１と重複する構成については詳細な説明を省略する。
【０１１０】
複合部材１Ｂでは、基板１０の表裏に存在する金属被覆層１１の対向位置にそれぞれ、ステンレス鋼製の金属板２３（受部）が配置され、金属板２３の一面が金属被覆層１１の表面から露出され、金属板２３の周縁が金属被覆層１１に接合されている。基板１０の一面の上に配置される金属板２３から基板１０を経て、基板１０の他面の上に配置される金属板２３に貫通するように、貫通孔２０Ｂが設けられている。即ち、基板１０に設けられた基板孔１０ｈと、両金属板２３にそれぞれ設けられた板孔２３ｈ（受部孔）とにより、貫通孔２０Ｂが構成されている。そして、複合部材１Ｂも、貫通孔２０Ｂにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成されている。
【０１１１】
金属板２３は、］状の屈曲板であり、基板１０の表裏を挟むように配置されている。金属板２３の厚さは、金属被覆層１１と実質的に同一である。また、金属板２３において基板１０の表裏に配置されて、金属被覆層１１から露出される箇所の面積は、ボルト１００を締め付けて金属板２３にボルト１００の頭部が接した状態としたとき、図２Ｂに示すように、頭部の周縁から金属板２３が十分に突出する大きさを有する。この金属板２３には、その面積が、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積に対して１０％以上大きいものが好適に利用できる。
【０１１２】
上記複合部材１Ｂも、上述した実施形態１の複合部材１Ａと同様にして製造することができる。但し、複合部材１Ｂでは、金属板２３が上述した金属被覆層を形成するときのスペーサの機能を兼ねる。具体的には、ＳｉＣ集合体の所望の位置に、ＳｉＣ集合体を挟むように］状の金属板２３を取り付け、この状態で、上述した鋳型にＳｉＣ集合体を収納する。こうすることでＳｉＣ集合体は、金属板２３により鋳型に安定して配置されると共に、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に金属板２３の厚さに応じた隙間（ここでは０．５ｍｍの隙間）が板状のＳｉＣ集合体の表裏、及び周縁に容易に設けられる。そして、上述したようにＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合して基板１０を形成すると共に、上記隙間に当該溶湯が流れ込むことで、金属被覆層１１を形成すると同時に金属板２３を鋳ぐるみ、基板１０及び金属被覆層１１に金属板２３を接合して一体化する。
【０１１３】
得られた複合部材１Ｂ（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の表裏の一部及び周縁部の一部から］状の金属板２３の表面が露出されている。この複合部材１Ｂにおいて露出されている金属板２３、及び基板１０において金属板２３に挟まれた箇所に機械加工（ここでは放電加工）により、貫通孔２０Ｂを形成する。ここでは、複合部材１Ｂの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個の貫通孔２０Ｂを設けている。
【０１１４】
上記構成を具える複合部材１Ｂは、貫通孔２０Ｂの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を金属板２３により十分に受けられる。特に、複合部材１Ｂも、金属板２３を、ボルト１００の周縁から十分に突出する程度の大きさを有するものとしている。従って、複合部材１Ｂも、（１）ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有する形態でありながら、ボルト１００の締付時に基板孔１０ｈの近傍に割れが生じることを防止できる、（２）冷熱サイクルを受けた場合にも固定状態が緩み難い、と期待される。また、複合部材１Ｂでは、その表裏に金属板２３を具えることで、固定対象に取り付けられた状態において、固定対象と接触する箇所にも金属板２３が存在するため、冷熱サイクルを受けてマトリクス金属にクリープ変形などが生じた場合でも、固定対象に密着した状態を維持し易い。これらのことから、複合部材１Ｂは、固定当初から長期に亘り固定対象に強固に固定した状態を維持できると期待される。その他、複合部材１Ｂの表裏のいずれの面も、ボルト１００の頭部が接触する面に利用できるため、複合部材１Ｂは、固定作業性にも優れる。更に、金属板２３が複合部材１Ｂに一体であるため、固定対象に取り付ける際、ボルト１００の軸力を受けるための別部材を配置する必要が無く、この点からも固定作業性に優れる。また、複合部材１Ｂは、金属被覆層１１と金属板２３とが面一であり、平滑な表面を有することから、外観に優れる。
【０１１５】
なお、実施形態２では、］状の金属板２３を利用することで基板１０の両面にマトリクス金属と異種の金属からなる部分を形成したが、例えば、Ｌ字状の金属板を利用することで、基板１０の一面にのみ、マトリクス金属と異種の金属からなる部分を容易に形成できる。
【０１１６】
また、実施形態２では、金属板２３の厚さと金属被覆層１１の厚さとを等しくしたが、異ならせてもよい。例えば、鋳型にスペーサを適宜配置することで、金属板を金属被覆層に接合させつつ、両者の厚さを異ならせることができる。例えば、金属板２３の厚さを金属被覆層１１の厚さよりも薄くして、当該金属板が金属被覆層に埋設された形態とすることができる。この場合、例えば、複合部材の表面全体が単一の金属から構成された形態とすることができ、この形態は、めっきなどを容易に施せる、表面研磨・研削などを施す際の加工性に優れる、といった効果を奏する。このような複合部材は、例えば、以下のようにして製造することができる。上述した］状の屈曲板として、金属被覆層の厚さよりも薄いものを用意し、上述のようにＳｉＣ集合体に取り付ける。そして、実施形態１で説明したように適宜な大きさのワイヤなどのスペーサを用いて、上記ＳｉＣ集合体を鋳型に固定する。こうすることでワイヤの大きさに応じた金属被覆層を設けられると共に、金属板を金属被覆層に埋設することができる。金属板の埋設状態は、例えば、Ｘ線ＣＴなどを利用することで、容易に確認できる。
【０１１７】
その他、実施形態２の構成に加えて、実施形態１の金属板２２を組み合わせた形態とすることができる。この点は、後述する実施形態３についても同様である。
【０１１８】
［実施形態３］
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、実施形態３のマグネシウム基複合部材１Ｃを説明する。複合部材１Ｃの基本的構成は、実施形態１の複合部材１Ａと同様であり、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板１０と、マグネシウムから構成される金属被覆層１１とを具える。また、複合部材１Ｃも、ＳｉＣ同士が結合するネットワーク部が存在する領域に、ボルト１００が挿通される貫通孔２０Ｃを具える。実施形態３の複合部材１Ｃにおいて実施形態１の複合部材１Ａとの差異は、貫通孔２０Ｃの形態にある。以下、貫通孔２０Ｃを中心に説明し、実施形態１と重複する構成については詳細な説明を省略する。
【０１１９】
複合部材１Ｃでは、金属板２４ｂ（受部）と、この金属板２４ｂに連結された筒部２４ｔとを具える金具２４に有する内孔により、複合部材１Ｃの表裏に抜ける貫通孔２０Ｃが構成されている。基板１０の表裏に存在する金属被覆層１１の対向位置にそれぞれ、金属板２４ｂの一面、及び筒部２４ｔの端面が露出されており、金具２４の筒状の外周面は基板１０に概ね覆われている。また、金属板２４ｂの周縁が金属被覆層１１に接合されている。そして、複合部材１Ｃも、貫通孔２０Ｃにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成されている。
【０１２０】
上記金具２４は、市販のステンレス鋼製のクリンチングファスナである。そのため、貫通孔２０Ｃは、その全体が単一の金属により構成されている。即ち、貫通孔２０Ｃは、その内周面も、金属板２４ｂと同種の金属により構成されている。このような金具２４を具える複合部材１Ｃは、その厚さ方向の全長に亘って、マトリクス金属と異なる金属が存在する。そして、このマトリクス金属と異なる金属（ここではステンレス鋼）がボルト１００の締め付けによる圧力を実質的に全て支持することができる。そのため、金属板２４ｂにおいて金属被覆層１１から露出される箇所の面積は、ボルト１００を締め付けて金属板２４ｂにボルト１００の頭部が接した状態としたとき、図３Ｂに示すように、頭部の周縁から金属板２４ｂが十分に突出する大きさを有さなくてもよい。即ち、金属板２４ｂの面積は、例えば、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積と同等以下であってもよいし、実施形態１，２と同様に上記平面視したときの面積よりも大きくてもよい。更に、貫通孔２０Ｃは、孔の内周面が平滑な面から構成された実施形態１，２の貫通孔２０Ａ，２０Ｂとは異なり、ネジ加工が施されたネジ孔である。ここでは、クリンチングファスナとして、ネジ孔を有するものを利用しているが、孔の内周面が平滑な面から構成されたものを利用してもよい。
【０１２１】
複合部材１Ｃ（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）は、上記貫通孔２０Ｃにボルト１００をねじ込み、このボルト１００を締め付けることで固定対象に取り付けられる。
【０１２２】
上記複合部材１Ｃも、上述した実施形態１の複合部材１Ａと同様にして製造することができる。但し、複合部材１Ｃでは、ベース孔２１を形成した後、ベース孔２１に金具２４を圧入することで、貫通孔２０Ｃを設ける。ここでは、複合部材１Ｃの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個のベース孔２１を設けて、それぞれに金具２４を圧入している。金具２４を圧入することで、金属板２４ｂと筒部２４ｔとの間の段差部分に金属被覆層１１の構成金属が入り込み、金具２４は複合部材１Ｃに強固に固定される。
【０１２３】
上記構成を具える複合部材１Ｃは、貫通孔２０Ｃの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を金属板２４ｂにより十分に受けられる。特に、複合部材１Ｃでは、貫通孔２０Ｃの全体がマトリクス金属以外の金属で構成されていることで、貫通孔２０Ｃの構成金属がボルト１００の軸力を実質的に１００％に受けられる。従って、複合部材１Ｃは、（１）ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有する形態でありながら、ボルト１００の締付時にベース孔２１の近傍に割れが生じることをより効果的に防止できる、（２）冷熱サイクルを受けた場合にも固定状態が更に緩み難い、と期待される。また、複合部材１Ｃでは、貫通孔２０Ｃがネジ孔であることで、ボルト１００とネジ結合することができ、固定対象との密着性を高められる。更に、金具２４が複合部材１Ｃに一体であるため、ボルト１００の軸力を受けるための別部材を配置する必要が無く、実施形態２と同様に固定作業性に優れる。
【０１２４】
以上、実施形態１〜３について説明した。
次に実施形態４〜７に共通する内容について、以下に説明する。
【０１２５】
≪複合部材≫
本発明複合部材の形態として、マトリクス金属を構成するマグネシウム又はマグネシウム合金と、非金属無機材料（主としてＳｉＣ）とが複合された複合材料からなる基板のみの形態と、上記基板と、この基板の少なくとも一面を覆う金属被覆層とを具える形態とが挙げられる。いずれの形態もマトリクス金属から構成される上記金属領域を有する。まず、基板を説明する。
【０１２６】
［マトリクス金属］
上記基板中、及び上記金属領域を構成するマトリクス金属の成分は、９９．８質量％以上のＭｇ及び不純物からなるいわゆる純マグネシウム、又は添加元素と残部がＭｇ及び不純物からなるマグネシウム合金とする。マトリクス金属が純マグネシウムである場合、合金である場合と比較して、（１）複合部材の熱伝導性を高められる、（２）凝固時に晶出物が不均一に析出するなどの不具合が生じ難いため、基板や金属領域を均一的な組織にし易い、といった利点を有する。マトリクス金属がマグネシウム合金である場合、液相線温度が低下するため、溶融する際の温度を低下できる上に、基板や金属領域の耐食性や機械的特性（強度など）を高められる。添加元素は、Ｌｉ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃａ，Ａｌ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｕ，及びＺｒの少なくとも１種が挙げられる。これらの元素は、含有量が多くなると熱伝導率の低下を招くため、合計で２０質量％以下（マトリクス金属を１００質量％とする。以下、添加元素の含有量について同様）が好ましい。特に、Ａｌは３質量％以下、Ｚｎは５質量％以下、その他の元素はそれぞれ１０質量％以下が好ましい。Ｌｉを添加すると、複合部材の軽量化、及び加工性の向上の効果がある。公知のマグネシウム合金、例えば、ＡＺ系，ＡＳ系，ＡＭ系，ＺＫ系，ＺＣ系，ＬＡ系などでもよい。所望の組成となるようにマトリクス金属の原料を用意する。
【０１２７】
［非金属無機材料］
＜組成＞
上記基板中には、ＳｉＣを含有する。ＳｉＣは、（１）熱膨張係数が３ｐｐｍ／Ｋ〜４ｐｐｍ／Ｋ程度であり半導体素子やその周辺部品の熱膨張係数に近い、（２）非金属無機材料の中でも熱伝導率が特に高い（単結晶：３９０Ｗ／ｍ・Ｋ〜４９０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）、（３）種々の形状、大きさの粉末や焼結体が市販されている、（４）機械的強度が高い、といった優れた効果を奏する。その他、熱膨張係数がＭｇよりも小さく、熱伝導性に優れ、かつＭｇと反応し難い非金属無機材料、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ｍｇ3Ｎ2、Ｍｇ2Ｓｉ、ＭｇＢ2、ＭｇＣｌ2、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＣａＯ、ＣａＣｌ2、ＺｒＯ2、ダイヤモンド、グラファイト、ｈ−ＢＮ、ｃ−ＢＮ、Ｂ4Ｃ、Ｙ2Ｏ3、ＮａＣｌの少なくとも１種を含有することを許容する。ＳｉＣ以外の非金属無機材料は、例えば、ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部として存在する。
【０１２８】
＜存在状態＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板中のＳｉＣの存在状態として、代表的には、マトリクス金属中にばらばらに分散した形態（以下、分散形態と呼ぶ）、上記ネットワーク部により結合された形態（以下、結合形態と呼ぶ）が挙げられる。特に、結合形態では、ＳｉＣの全体がネットワーク部により連結されて連続し、ＳｉＣ間にマトリクス金属が充填された形態、即ち、基板からマトリクス金属を除去した場合、開気孔を有する多孔体であることが好ましい。この多孔体は、閉気孔が少ない、具体的には基板中の非金属無機材料の全体積に対して１０体積％以下、更に３体積％以下であることが好ましい。基板中の非金属無機材料は、原料に用いた非金属無機材料がほぼそのままの状態で存在する。従って、原料に上述のような閉気孔が少ない多孔体を利用すると、マトリクス金属溶湯が多孔体に溶浸するための経路を十分に有することができ、かつ、上記開気孔にマトリクス金属が充填されることで、得られた基板自体も気孔が少なくなる。気孔が少ない基板を具えることで、この複合部材は、熱伝導率が高くなる。複合部材中のネットワーク部の存在や閉気孔の割合は、例えば、当該複合部材の断面を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することで確認したり、測定したりすることができる。
【０１２９】
＜含有量＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板中のＳｉＣの含有量は、適宜選択することができる。ＳｉＣの含有量が多いほど熱伝導率κが高まる上、熱膨張係数αが小さくなり易い。従って、ＳｉＣの含有量は、熱特性を考慮すると、基板を１００体積％とするとき、５０体積％以上、特に７０体積％超、更に７５体積％以上、とりわけ８０体積％以上、好ましくは８５体積％以上が望まれる。ＳｉＣの含有量が７０体積％超である場合、半導体素子やその周辺部品の熱膨張係数（４ｐｐｍ／Ｋ〜８ｐｐｍ／Ｋ程度）と同等程度の熱膨張係数を有する上に、１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という高い熱伝導率を有する複合部材とすることができる。このような複合部材は、半導体素子などに適合した低い熱膨張係数を有しながら放熱性にも優れることから、半導体素子の放熱部材に好適に利用できる。また、半導体素子やその周辺部品との熱膨張係数の整合性に優れる上記複合部材は、半導体素子などとの接合箇所に生じる熱応力が少ない上に、上述のように貫通孔の構成材料を特定の材料とすることで、所定の接合強度を十分に維持できるため、放熱部材を含めた半導体装置の信頼性を高められる。その他、熱伝導性に優れる上記複合部材は、放熱部材としての信頼性を高められる上に、放熱部材を小型にでき、引いては半導体装置の小型化にも寄与することができる。但し、工業生産性などを考慮すると、ＳｉＣの含有量は、８０体積％〜９０体積％程度が実用的であると考えられる。
【０１３０】
＜ネットワーク部＞
ネットワーク部を有する形態の場合、ＳｉＣの含有量を高め易く、例えば、５０体積％以上、更には７０体積％超とすることができ、熱膨張係数が小さい複合部材とすることができる。かつ、上記形態によれば、ＳｉＣやマトリクス金属により、熱伝導のための連続した経路が形成されることから熱伝導性に優れる複合部材とすることができる。従って、上記形態によれば、半導体素子の放熱部材に好適な複合部材とすることができる。
【０１３１】
上記ネットワーク部の構成材料は、代表的には、ＳｉＣが挙げられる。その他、シリコン窒化物（Ｓｉ3Ｎ4）、マグネシウム化合物（例えば、ＭｇＢ2，ＭｇＯ，Ｍｇ3Ｎ2）、その他の窒化物（例えば、ＢＮ，ＡｌＮ）、酸化物（例えば、ＣａＯ）といった非金属無機材料、Ｍｏといった金属材料が挙げられる。Ｓｉ3Ｎ4は、熱膨張係数が小さいことから、ネットワーク部がＳｉ3Ｎ4により構成されることで、熱膨張係数が更に小さい複合部材とすることができる。
【０１３２】
後述するように製造条件によりネットワーク部の太さを変化させられる。ネットワーク部の太さとは、複合部材の断面において所定の長さの線分を任意にとり、ＳｉＣとネットワーク部とから構成されるＳｉＣ集合体の輪郭線が上記線分を横断する箇所の長さ、つまり、上記輪郭線において上記線分との交点であって、隣り合う交点間の長さを言う。上記交点間の長さが長い、即ち、ネットワーク部が太い場合は、熱特性に優れ、特に熱膨張係数が小さくなる傾向にあり、上記交点間の長さが短い、即ち、ネットワーク部が細い場合は、機械的特性に優れ、特に引張強度や曲げ強度が高い傾向にある。ネットワーク部の太さが太くなると、上記線分における交点数が少なくなる。そこで、複合部材の断面において、当該複合部材の実寸に対して長さ１ｍｍの線分を任意にとり、上記ＳｉＣと上記ネットワーク部とから構成されるＳｉＣ集合体の輪郭線と上記線分との交点の数が５０以下を満たすものをネットワーク部の太さが太いもの、ということができる。
【０１３３】
＜基板の厚さ＞
ＳｉＣとマトリクス金属とからなる基板の厚さは、適宜選択できるが、半導体素子の放熱部材として利用する場合、１０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以下が好ましい。
【０１３４】
［金属被覆層］
複合部材を放熱部材に利用するにあたり半田接合する場合に、半田との濡れ性を高めるためにＮｉめっきなどを施すことが望まれる。このとき、上記基板の表面に金属被覆層を具えることで、金属被覆層を利用して導通をとれるため、電気めっきを利用でき、めっきを容易に形成できる。その他、金属被覆層を具えると、（１）優れた外観を有する、（２）耐食性を向上できる、といった効果も期待できる。
【０１３５】
上記金属被覆層の構成金属は、マトリクス金属と同一組成でも異なる組成でもよい。同一組成とする場合、後述するようにＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合化するときに同時に金属被覆層の形成を行うと、金属被覆層を有する複合部材を生産性よく製造できる。この場合、得られた複合部材において、上記基板中のマトリクス金属と金属被覆層を構成する金属とは、連続する組織（鋳造組織）を有する。
【０１３６】
上記基板のマトリクス金属と上記金属被覆層の構成金属とが異なる組成である場合、当該金属被覆層の構成金属は、例えば、マトリクス金属と異なる組成のＭｇ合金や、Ｍｇ及びＭｇ合金以外の金属、例えば、純度が９９％以上のＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉ、及びＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉを主成分とする合金（Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉを５０質量％超含有する合金）からなる群から選択される１種の金属が挙げられる。
【０１３７】
上記金属被覆層の形成領域、厚さは適宜選択することができる。例えば、上記基板を構成する面のうち、少なくともめっきが必要とされる面、具体的には、半導体素子が実装される実装面、この実装面と対向し、冷却装置に接触する冷却面の少なくとも一方が挙げられる。また、上述した金属領域の上にも金属被覆層が存在する形態とすることができる。
【０１３８】
上記各金属被覆層の厚さは、適宜選択することができる。但し、各金属被覆層の厚さが厚過ぎると、複合部材の熱膨張係数の増加や複合部材の熱伝導率の低下を招くことから、２．５ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下、更に０．５ｍｍ以下が好ましく、１μｍ以上、特に０．０５ｍｍ（５０μｍ）以上０．１ｍｍ（１００μｍ）以下であっても、めっきの下地としての機能を十分に果たす上に、複合部材の搬送時や実装時などで金属被覆層を破損し難いと考えられる。金属被覆層を厚く形成しておき、研磨などにより所望の厚さにしてもよい。
【０１３９】
［金属領域］
本発明複合部材では、上記マトリクス金属から構成され、締結部材が挿通される貫通孔が設けられる金属領域を有することを特徴の一つとする。この金属領域の大きさや形状、形成個数や形成箇所は、上記締結部材の大きさや個数、上記締結部材の配置箇所などに応じて適宜選択することができる。複合部材が半導体素子の放熱部材に利用される場合、複合部材の周縁側領域に上記金属領域を設けると、半導体素子といった部品の搭載面積を十分に確保し易い。この金属領域には、上述した貫通孔が設けられ、その厚さ方向の少なくとも一部に当該金属領域を構成するマトリクス金属と異なる材料からなる部分（代表的には、上述した埋設部材）を含む。金属領域において上記埋設部材などを除く箇所は、上記基板のマトリクス金属と同一組成から実質的に構成され、連続する組織を有する。
【０１４０】
［貫通孔］
上記貫通孔の大きさや個数は適宜選択することができ、特に問わない。また、貫通孔は、ネジ加工が施されたネジ孔、ネジ加工が施されていない平滑な面からなる孔のいずれでもよい。上記貫通孔が実質的に金属材料から構成される場合、ネジ加工を容易に施すことができ、ネジ孔とすることができる。更に、貫通孔は、皿もみ加工を施された形態とすることができる。皿もみ加工により、ボルト頭といった締結部材の頭部が複合部材の表面から突出せず、固定対象に固定された状態において平滑な表面とすることができる。
【０１４１】
［熱特性］
上述のようにＳｉＣの充填率を高めたり、ネットワーク部を有したりすることで、熱伝導率κが高く、熱膨張係数αが小さい複合部材、例えば、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である複合部材とすることができる。ＳｉＣの含有量やネットワーク部の形態、マトリクス金属の組成などにもよるが、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、更に３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率κを有する複合部材とすることができる。なお、上記熱膨張係数や熱伝導率は、上記複合部材が半導体素子などの放熱部材に利用される場合に半導体素子などが配置されない部分、即ち、上述した金属板などの貫通孔を構成する部分を除いて測定する。金属被覆層を具える形態を含む上記複合部材の熱膨張係数は、当該複合部材から試験片を作製して、市販の装置により測定すると簡単に求められる。或いは、金属被覆層を具える複合部材の熱膨張係数は、当該複合部材を構成する各材料の剛性などを考慮して複合則により算出してもよい。
【０１４２】
≪製造方法≫
本発明複合部材は、代表的には、ＳｉＣ粉末を利用してＳｉＣ集合体を形成する成形工程と、鋳型に収納された上記ＳｉＣ集合体に溶融したマグネシウム又はマグネシウム合金（以下、マトリクス金属溶湯と呼ぶ）を溶浸させて複合する複合工程と、得られた複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を形成する孔形成工程とを具える製造方法により製造することができる。特に、上記複合工程では、上記複合と同時に、少なくとも一部がマトリクス金属から構成される金属領域を形成する。ネットワーク部を有する結合形態の複合部材を製造する場合、後述する適宜な方法でネットワーク部を形成する。金属被覆層を有する複合部材を製造する場合、後述する適宜な方法で金属被覆層を形成する。
【０１４３】
［原料］
マトリクス金属には、上述した純マグネシウム又はマグネシウム合金のインゴットを好適に利用できる。上記ＳｉＣ集合体の原料には、主として、ＳｉＣ粉末が利用できる。特に、粒子状や繊維状のＳｉＣ粉末であって、平均粒径（繊維状の場合、平均短径）が１μｍ以上３０００μｍ以下、特に、１０μｍ以上２００μｍ以下であると、粉末の集合体を製造し易く好ましい。平均粒径が異なる複数種の粉末を組み合わせて用いると、ＳｉＣの充填率を高め易い。複合部材中のＳｉＣの含有量は、原料の量に実質的に等しいため、複合部材が所望の熱特性となるように、原料の量を適宜選択するとよい。また、複合部材（基板）が所定の形状となるように、原料の粉末を充填する金型の形状や、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属とを複合する鋳型の形状を適宜選択するとよい。
【０１４４】
［成形工程］
上記ＳｉＣ集合体の形態には、粉末成形体と、粉末成形体を焼結して得られる焼結体（代表的にはネットワーク部を有するＳｉＣ多孔体）とが挙げられる。粉末成形体は、例えば、タッピング、スリップキャスト（原料の粉末と水及び分散材とを用いたスラリーを成形後、乾燥させる）、加圧成形（乾式プレス、湿式プレス、一軸加圧成形、ＣＩＰ（静水圧プレス）、押出成形など）、及びドクターブレード法（原料の粉末と溶媒、消泡剤、樹脂などとを用いたスラリーをドクターブレードに流した後、溶媒を蒸発させる）のいずれか一つにより形成することができる。複合部材中のＳｉＣの含有量を５０体積％以上、特に７０体積％超に高める場合、粉末成形体の形成には、スリップキャスト、加圧成形、ドクターブレード法が好適に利用でき、得られた粉末成形体は、ハンドリングが可能な強度を持つ。複合部材中のＳｉＣの含有量が低い場合には、タッピングなどでも十分に粉末成形体を形成することができる。
【０１４５】
上記焼結条件は、例えば、（１）真空雰囲気、加熱温度：８００℃〜１３００℃未満、保持時間：１０分〜２時間程度、（２）大気雰囲気、加熱温度：８００℃〜１５００℃、保持時間：１０分〜２時間程度が挙げられる。条件（１），（２）では、ネットワーク部を有していない分散形態の複合部材が得られる傾向にある。一方、真空雰囲気、加熱温度：１３００℃以上２５００℃以下、保持時間：２時間〜１００時間の条件で焼結すると、ＳｉＣ同士を直接結合させられ、ネットワーク部をＳｉＣにより形成できる上に、強度に優れるＳｉＣ多孔体が得られる。特に、加熱温度を２０００℃以上とすると、ネットワーク部を太くすることができ、２０００℃未満とすると、ネットワーク部が細くなる傾向にある。上記加熱温度や保持時間は、所望の形態に応じて適宜選択するとよい。上記焼結を行うことで、（１）上記粉末成形体よりも強度が高く、鋳型に収納する際などで欠けなどが生じ難く、扱い易い焼結体が得られる、（２）多孔体を容易に作製できる、（３）焼結温度や保持時間を調節することで、焼結体を緻密化させてＳｉＣの充填率を向上でき、ＳｉＣの含有量が７０体積％以上である複合部材を得易い、といった利点がある。ネットワーク部を有するＳｉＣ集合体（代表的にはＳｉＣ多孔体）を原料に利用することで、ネットワーク部を有する複合部材が容易に得られる。
【０１４６】
上記ＳｉＣ集合体として、市販のＳｉＣ焼結体を利用してもよい。この場合、ＳｉＣ焼結体は、複合部材中に存在し得るネットワーク部を有し、かつマトリクス金属溶湯が溶浸するための開気孔を有するものを適宜選択するとよい。
【０１４７】
ネットワーク部を有するＳｉＣ集合体を形成する方法として、上述した焼結を施す方法の他、例えば、以下の方法が挙げられる。
【０１４８】
（１）  ＳｉＣ粉末と、Ｓｉ粉末又はＳｉを含有する化合物からなる粉末との混合粉末を用いてＳｉを含有する粉末成形体を形成し、この粉末成形体を窒素雰囲気下で熱処理してシリコン窒化物を生成し、このシリコン窒化物によりネットワーク部を構成する方法。
【０１４９】
この方法では、熱処理温度を８００℃〜１８００℃程度に低くしても、ＳｉＣ同士を十分に結合できる上に、ネットワーク部を太くすることができる。上記Ｓｉを含有する粉末成形体は、Ｓｉを含有する酸化物、例えば、ＳｉＯ2、Ｈ2ＳｉＯ3、Ｎａ2ＳｉＯ3といったセラミックスからなる添加剤を利用し、この酸化物を還元することでも形成できる。
【０１５０】
（２）  上述した非金属無機材料の前駆体（例えば、ポリカルボシラン、金属アルコキシド）の溶液を作製して粉末成形体に含浸させた後加熱し、当該前駆体からネットワーク部を構成する非金属無機材料（例えばＳｉＣ，ＭｇＯ，ＣａＯ）を生成する方法。
【０１５１】
この方法では、比較的低温でネットワーク部を製造できる上に、ＳｉＣを新生した場合、ＳｉＣの密度を高められる。
【０１５２】
（３）  ＳｉＣ粉末と、ホウ素及び酸素の少なくとも１種を含有する反応用粉末（例えば、ホウ素，ＢＮ，ＴｉＢ2，ホウ酸（Ｂ2Ｏ3）、四ホウ酸ナトリウム（Ｎａ2Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4・８Ｈ2Ｏ）といった単体元素の粉末、酸化物や硼化物、ホウ酸化物の粉末）との混合粉末により粉末成形体を形成し、マトリクス金属溶湯と上記反応用粉末との反応により、新たな非金属無機材料を生成し、この生成物からネットワーク部を構成する方法。
【０１５３】
この方法では、ネットワーク部の形成にあたり、別途、熱処理や加熱が不要である。
（４）  ＳｉＣ粉末と、窒素又は酸素と反応して酸化物又は窒化物を生成する前駆体粉末（例えば、ＳｉＣｌ4，有機Ｓｉ化合物）との混合粉末により粉末成形体を形成し、この粉末成形体に熱処理を施すことで、上記酸化物又は窒化物を生成し、この生成物からネットワーク部を構成する方法。
【０１５４】
この方法では、比較的低温でネットワーク部を製造できる。
なお、ＳｉＣ粉末のみのＳｉＣ粉末成形体を作製した後、別途用意した上記Ｓｉ粉末や、前駆体粉末、反応用粉末などを水などの溶媒に混合した混合液（例えば、水溶液）に当該ＳｉＣ粉末成形体を含浸させた後、上記溶媒を乾燥させると、Ｓｉなどの所望の物質を粉末成形体に均一的に分散させ易い。
【０１５５】
〈酸化膜の形成〉
更に、上記ＳｉＣ集合体として、その表面に酸化膜を具えるものを利用すると、ＳｉＣ集合体とマトリクス金属との濡れ性が高められて好ましい。酸化膜を具えるＳｉＣ集合体は、ＳｉＣの含有量が多く、ＳｉＣ間の隙間が非常に小さい場合であっても、毛管現象によりマトリクス金属溶湯が浸透し易い。ネットワーク部を有する複合部材を得る場合、焼結体などのＳｉＣ集合体を作製した後に酸化膜を形成する酸化工程を具えることが好ましく、ネットワーク部を有しない複合部材を得る場合、ＳｉＣ粉末といった原料粉末に酸化膜を形成しておき、酸化膜を具える粉末を利用してＳｉＣ集合体（粉末成形体）を形成するとよい。
【０１５６】
上記酸化膜を形成するための条件は、粉末の場合も焼結体などの場合も同様であり、加熱温度は、７００℃以上、特に７５０℃以上、更に８００℃以上が好ましく、とりわけ８５０℃以上、更に８７５℃以上１０００℃以下が好ましい。また、上記原料のＳｉＣに対する質量割合が０．４％以上１．５％以下（酸化膜の厚さ：５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度）、特に１．０％以下を満たすように酸化膜を形成することが好ましい。酸化膜を具えるＳｉＣ集合体を原料に利用した場合、得られた複合部材中のＳｉＣの近傍（ＳｉＣ集合体の輪郭線から１００ｎｍ〜３００ｎｍ以内の領域）は、当該近傍以外の箇所よりも酸素濃度が高い傾向にある。
【０１５７】
［複合工程］
鋳型に上記ＳｉＣ集合体を収納して、マトリクス金属溶湯を溶浸させた後、当該マトリクス金属を凝固させることで、複合部材（基板）が得られる。上述した金属領域の形成には、例えば、ＳｉＣ集合体を上述した焼結体などの鋳型で自立可能な程度の強度を有するものとし、かつ金属領域が形成されるように適宜な外形（例えば、凹凸形状や孔を有する形状）のものを利用することが挙げられる。このＳｉＣ集合体を鋳型に収納し、ＳｉＣ集合体に設けられた凹部などにマトリクス金属溶湯が充填されることで、金属領域を容易に形成できる。特に、この適宜な外形のＳｉＣ集合体（代表的には焼結体）と上述した埋設部材とを鋳型に収納し、マトリクス金属溶湯により基板の形成、及び金属領域の形成を図ると共に、当該埋設部材を鋳ぐるむことで、基板と、金属領域と、埋設部材とが一体化した複合部材を容易に形成できる。或いは、ＳｉＣ集合体を上述したタッピングなどにより形成する場合、例えば、マトリクス金属と同種の金属からなる金属体（上述した埋設部材を含んでいてもよい）を鋳型に収納してＳｉＣ粉末を充填したり、鋳型にＳｉＣ粉末を充填してから金属体を粉末成形体に配置したりした後、マトリクス金属溶湯により基板の形成を図ると共に、上記金属体を鋳ぐるむことでもマトリクス金属からなる金属領域や埋設部材を具える複合部材を形成できる。上記金属体は、マトリクス金属と同種の金属からなる部分を有することで、密着性に優れる。或いは、ナフタレンなどの複合時の熱で昇華して消滅するような材質からなるスペーサをＳｉＣ粉末と共に鋳型に収納し、当該スペーサの消滅により形成された空間にマトリクス金属溶湯が流れ込むことで金属領域を形成することができる。微細なＳｉＣ粉末を配合してＳｉＣ集合体を形成した場合、上記空間が生じても当該集合体が崩れ難く、金属領域を形成することができると考えられる。
【０１５８】
上記複合工程は、大気圧（概ね０．１ＭＰａ（１ａｔｍ））以下の雰囲気で行うと、雰囲気中のガスを取り込み難く、ガスの取り込みに伴う気孔が生じ難い。但し、Ｍｇは蒸気圧が高いため、高真空状態とするとマトリクス金属溶湯を取り扱い難くなる。従って、上記複合工程の雰囲気圧力を大気圧未満とする場合、０．１×１０-5ＭＰａ以上が好ましい。また、上記複合工程は、Ａｒといった不活性雰囲気で行うと、特にＭｇ成分と雰囲気ガスとの反応を防止でき、反応生成物の存在に伴う熱特性の劣化を抑制できる。溶浸温度は、マトリクス金属がマグネシウム（純Ｍｇ）の場合、６５０℃以上が好ましく、溶浸温度が高いほど濡れ性が高まるため、７００℃以上、特に８００℃以上、更に８５０℃以上が好ましい。但し、１０００℃超とすると、引け巣やガスホールといった欠陥が生じたり、Ｍｇが沸騰する恐れがあるため、溶浸温度は１０００℃以下が好ましい。また、過剰な酸化膜の生成や晶出物の生成を抑制するために９００℃以下がより好ましい。
【０１５９】
マトリクス金属と同一組成である金属被覆層を具える複合部材を製造する場合、例えば、上述したネットワーク部を有するＳｉＣ多孔体を原料に利用すると、独自で形状保持ができるため、容易に製造できる。具体的には、上記ＳｉＣ多孔体などのＳｉＣ集合体を鋳型に配置し、当該鋳型とＳｉＣ集合体との間に所定の隙間を有する状態を維持し、この隙間にマトリクス金属溶湯が流入されるようにすることで、金属被覆層を形成することができる。
【０１６０】
上記鋳型とＳｉＣ集合体との隙間を確実に維持するために、別途スペーサを利用することができる。このスペーサは、ナフタレンなどのように複合時の熱で昇華により除去できるものや、カーボン、鉄、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４３０）といった耐熱性に優れるものが利用できる。このスペーサは、金属被覆層に埋設させたままにしてもよいし、スペーサ部分を切削などにより除去してもよい。例えば、スペーサとして、形成する金属被覆層よりも若干細径の線状体を用意し、この線状体によりＳｉＣ集合体を鋳型に固定するなどして、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に線状体の径に応じた隙間を設けると、当該線状体の大部分が金属被覆層に埋設されるため、線状体を残存させていても、良好な外観の複合部材が得られる。
【０１６１】
マトリクス金属と異なる組成の金属被覆層を具える複合部材を製造する場合、例えば、金属被覆層を形成するための金属板（以下、被覆板と呼ぶ）を適宜用意し、ロウ付け、超音波接合、鋳ぐるみ、圧延（クラッド圧延）、ホットプレス、酸化物ソルダー法、無機接着剤による接合の少なくとも１つの手法を好適に利用することができる。上記各手法は、マトリクス金属と金属被覆層とが同一組成である複合部材を製造する場合にも利用できる。上記被覆板を利用する場合、適宜な箇所に貫通孔の一部を構成する金属板を予め圧入などにより接合しておき、この金属板が上述した金属領域に配置されるように金属被覆層を形成してもよい。
【０１６２】
［孔形成工程］
得られた複合部材において金属領域の所望の位置に、ボルトといった締結部材が挿通される貫通孔を機械加工により形成する。貫通孔の形成箇所が金属材料から構成される場合、ドリルにより容易に貫通孔を形成できる。上記金属領域に上述した埋設部材を具える場合、金属領域の構成金属及び埋設部材、又は埋設部材のみに貫通孔を設けることで、複合部材の表裏に連通する貫通孔を容易に設けられる。上述したクリンチングファスナなどの内孔を有する金具を利用する形態では、上記金属領域に孔を設けた後、上記金具を圧入することで、複合部材の表裏に連通する貫通孔を容易に設けられる。なお、上述した筒状の金属塊を利用し、予め設けられた孔を貫通孔に利用する場合、機械加工による貫通孔の形成工程が不要である。また、筒状の金属塊の内部に中子（例えば、カーボンといった非金属材料、鉄やその合金といった金属材料などの耐熱性に優れる材料からなるもの）を挿入したものを鋳ぐるんだ後、中子を機械加工などにより除去することで貫通孔を設けてもよい。上記貫通孔の少なくとも一部を上述した樹脂で形成する場合、例えば、複合部材の金属領域に孔を設けた後、この孔に樹脂を充填し、この充填した樹脂部分に貫通孔を設けると、樹脂で構成される貫通孔を容易に形成することができる。貫通孔が樹脂により形成されることで、異種金属の接触による電池腐食が生じ得ない。
以下、図面を参照して、本発明の具体的な実施形態４〜７を説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。なお、図中では、分かり易いように金属被覆層や貫通孔を誇張して示す。
【０１６３】
［実施形態４］
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、実施形態４のマグネシウム基複合部材１Ｄを説明する。複合部材１Ｄは、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板１１０と、マグネシウムから構成され、基板１１０の表面の実質的に全面を覆う金属被覆層１１１とを具えるマグネシウム基複合部材であり、ＳｉＣを含まず、マグネシウムから構成される金属領域１１２を有する。そして、この金属領域１１２に複合部材１Ｄを固定対象（図示せず）に取り付けるためのボルト（締結部材）１００が挿通される貫通孔２０Ｄを具える。この複合部材１Ｄの特徴とするところは、貫通孔２０Ｄの形態にある。以下、貫通孔２０Ｄを中心に説明する。
【０１６４】
複合部材１Ｄは、基板１１０中にＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有しており、基板１１０中のＳｉＣは、上記ネットワーク部により実質的に全体に亘って連続した形態である。この基板１１０はその外形が、図４Ａに示すように凹凸形状であり、長方形状の複合部材１Ｄの長辺縁側に複数の凹部を有しており、各凹部を埋めるように金属領域１１２が存在する。各金属領域１１２の表裏面の対向位置にそれぞれ金属板１２２（受部）が配置され、金属板１２２の一面が金属領域１１２の表面から露出され、金属板１２２の残部は金属領域１１２に埋設されている。各金属板１２２には板孔１２２ｈ（受部孔）が設けられ、金属領域１１２において両金属板１２２で挟まれる領域に、板孔１２２ｈに連続する孔（金属領域孔）（以下、ベース孔１２１と呼ぶ）が設けられている。そして、一方の板孔１２２ｈと、ベース孔１２１と、他方の板孔１２２ｈとにより、貫通孔２０Ｄが構成されている。
【０１６５】
金属板１２２は、ステンレス鋼製である。金属板１２２の面積は、適宜選択することができる。ここでは、ボルト１００を締め付けて金属板１２２にボルト１００の頭部が接した状態にしたとき、図４Ｂに示すように、頭部の周縁から金属板１２２が十分に突出する大きさ、具体的には、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積よりも１０％以上大きいものが好適に利用できる。こうすることで、金属板１２２は、ボルト１００の軸力を十分に受けられる。
【０１６６】
複合部材１Ｄは、上記貫通孔２０Ｄにボルト１００を挿通し、このボルト１００を締め付けることで固定対象に取り付けられる。固定対象に固定された状態では、上述のようにボルト１００の頭部は金属板１２２に接触する。即ち、複合部材１Ｄでは、貫通孔２０Ｄにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所が金属領域１１２の構成金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成され、残部が主として金属領域１１２の構成金属から構成されている。このように貫通孔２０Ｄは、異なる複数種の金属材料により構成されている。
【０１６７】
上記複合部材１Ｄは、以下のように作製した。原料として、９９．８質量％以上のＭｇ及び不純物からなる純マグネシウムのインゴット（市販品）、及びＳｉＣ集合体として市販のＳｉＣ焼結体（ネットワーク部がＳｉＣから構成されたＳｉＣ多孔体。相対密度８０％、ＳｉＣ多孔体を外包する長方形の大きさ：長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ４ｍｍ、長辺縁側に凹部を有するもの）を用意した。
【０１６８】
用意したＳｉＣ集合体に８７５℃×２時間の酸化処理を施して酸化膜を形成し、溶融した純マグネシウムとの濡れ性を高めた。上記酸化処理の工程は、省略してもよい。
【０１６９】
上記ＳｉＣ集合体を鋳型に収納して、溶融した純マグネシウムをＳｉＣ集合体に溶浸させ、純マグネシウムを凝固させる。
【０１７０】
上記鋳型は、カーボン製であり、一方が開口した直方体状の箱体であり、複数の分割片を組み合わせて一体に形成される。この鋳型の内部空間がＳｉＣ集合体の収納空間として利用される。ここでは、直径φ０．５ｍｍのステンレス鋼ワイヤをスペーサとして用意し、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に当該スペーサが配置可能な大きさの内部空間を有する鋳型を利用する。この鋳型にＳｉＣ集合体を収納し、鋳型の適切な位置にＳｉＣ集合体が配置されるように、上記スペーサによりＳｉＣ集合体を鋳型に固定する。上記スペーサにより鋳型に固定されることでＳｉＣ集合体は、鋳型内に安定して配置されると共に、ＳｉＣ集合体と鋳型との間にスペーサの大きさ（ここでは直径）に応じた大きさの隙間（ここでは０．５ｍｍの隙間）が板状のＳｉＣ集合体の表裏、及び周縁に容易に設けられる。
【０１７１】
また、マグネシウムからなる直方体状の鋳物の対向位置に一対の金属板１２２を溶接などにより接合した金属体（合計厚さ：５ｍｍ）を複数用意し、上記鋳型に、上記ＳｉＣ集合体を収納すると共に、当該ＳｉＣ集合体の各凹部にそれぞれ金属体が配置されるように金属体を収納する。
【０１７２】
なお、分割片を組み合わせた構成とせず、一体成形された鋳型を利用してもよい。また、ここでは、鋳型の内周面においてＳｉＣ集合体が接触する箇所には、市販の離型剤を塗布してから上記ＳｉＣ集合体を鋳型に収納した。離型剤を塗布することで、複合部材を取り出し易くすることができる。この離型剤の塗布工程は、省略してもよい。
【０１７３】
上記鋳型は、開口部の周縁に連結されるインゴット載置部を有しており、このインゴット載置部に用意した上記インゴットを配置し、この鋳型を所定の温度に加熱することで当該インゴットを溶融する。鋳型の加熱は、加熱可能な雰囲気炉に鋳型を装入することで行う。
【０１７４】
ここでは、溶浸温度：７７５℃、Ａｒ雰囲気、雰囲気圧力：大気圧となるように上記雰囲気炉を調整した。溶融した純マグネシウムは、鋳型の開口部から鋳型の内部空間に流入して、当該内部空間に配置されたＳｉＣ集合体に溶浸される。また、スペーサにより設けられた鋳型とＳｉＣ集合体との間の隙間に溶融した純マグネシウムが流れ込むことで、複合された基板１１０の対向する二面、及び周縁に、純マグネシウムからなる金属被覆層１１１が形成される。かつ、ＳｉＣ集合体の凹部に純マグネシウムが流れ込むことで、純マグネシウムからなる金属領域１１２が形成されると共に、上述した金属板１２２を具える金属体を鋳ぐるみ、基板１１０及び金属被覆層１１１に金属板１２２が一体化される。
【０１７５】
上記溶浸後、鋳型を冷却して純マグネシウムを凝固した。ここでは、鋳型の底部から開口部に向かって一方向に冷却されるように、底部側を積極的に冷却した。このような冷却を行うことで、大型な複合部材であっても内部欠陥を低減することができ、高品質な複合部材が得られる。なお、小型な複合部材である場合、上述のような一方向の冷却を行わなくても、高品質な複合部材が得られる。
【０１７６】
得られた複合物（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）において、金属板１２２部分に機械加工（ここではドリル加工）により、貫通孔２０Ｄを形成する。ここでは、複合部材１Ｄの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個の貫通孔２０Ｄを設けている。上記工程により、貫通孔２０Ｄの一部が金属領域１１２の構成金属（マトリクス金属）以外の金属により構成された複合部材１Ｄが得られる。なお、図４Ａでは、貫通孔２０Ｄの内周面を平滑な面としたが、ネジ加工を施してネジ孔としてもよい。この点は、後述する実施形態５〜７も同様である。
【０１７７】
上記構成を具える複合部材１Ｄは、貫通孔２０Ｄの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を金属板１２２により十分受けられる。従って、複合部材１Ｄは、冷熱サイクルを受けた場合にもクリープを生じ難くしたり、ボルト１００の軸力の低下を抑制したりすることができ、固定対象に対する固定状態の緩みが生じ難い。そのため、複合部材１Ｄは、長期に亘り固定対象に強固に固定した状態を維持できると期待される。
【０１７８】
また、複合部材１Ｄは、以下の効果を奏する。
（１）  貫通孔２０Ｄをドリルにより形成できるため、穴あけ加工性に優れる。
【０１７９】
（２）  金属被覆層１１１と、金属板１２２と、金属領域１１２とが面一であり、平滑な表面を有することから、外観に優れる。
【０１８０】
（３）  複合部材１Ｄの表裏に金属板１２２を具えることで、固定対象に取り付けられた状態において、固定対象と接触する箇所にも金属板１２２が存在するため、冷熱サイクルを受けてもマトリクス金属にクリープ変形などが生じ難い。このことからも、複合部材１Ｄは、長期に亘り固定対象に強固に固定した状態を維持できると期待される。
【０１８１】
（４）  複合部材１Ｄの表裏のいずれの面も、ボルト１００の頭部が接触する面に利用できるため、複合部材１Ｄは、取り付け作業性に優れる。
【０１８２】
（５）  金属板１２２が複合部材１Ｄに一体であるため、ボルト１００の軸力を受けるための別部材を配置する必要が無く、固定対象への固定作業性に優れる。
【０１８３】
なお、得られた複合部材１Ｄの成分をＥＤＸ装置により調べたところ、基板１１０部分：Ｍｇ及びＳｉＣ、残部：不可避的不純物、金属板１２２を除く金属領域１１２部分：Ｍｇ及び不可避不純物であり、用いた原料と同様であった。得られた複合部材１ＤにＣＰ（Cross-section  Polisher）加工を施して断面を出し、ＳＥＭ観察によりこの断面を調べたところ、複合部材１Ｄ中のＳｉＣは網目状となっており、ＳｉＣ同士が直接結合されていた。即ち、ネットワーク部がＳｉＣで形成された多孔体となっており、用いた原料の焼結体と同様であった。得られた複合部材１Ｄの断面を光学顕微鏡で観察したところ、ＳｉＣ間の隙間に純マグネシウムが溶浸されていること、基板１１０の表面に純マグネシウムからなる金属被覆層１１１を具えていること、基板１１０の凹部に主として純マグネシウムからなる金属領域１１２を具えていることが確認できた。更に、基板１１０のマトリクス金属、金属被覆層１１１の構成金属、金属板１２２を除く金属領域１１２の構成金属の組成をＥＤＸ装置により調べたところ、実質的に同一組成（純マグネシウム）であった。また、上記断面の観察像から、基板１１０の両面に形成された各金属被覆層１１１、及び基板１１０の凹部に形成された金属領域１１２は、基板１１０中の純マグネシウムと連続した組織を有していることが確認できた。更に、上記断面の観察像を用いて各金属被覆層１１１の厚さを測定したところ、概ね０．５ｍｍ（５００μｍ）であり、上述したスペーサの大きさに実質的に一致していることが確認できた。
【０１８４】
また、得られた複合部材１Ｄにおいて基板１１０部分のＳｉＣの含有量を測定したところ、８０体積％であった。ＳｉＣの含有量は、複合部材の任意の断面を光学顕微鏡（５０倍）で観察し、この観察像を市販の画像解析装置で画像処理して、この断面中のＳｉＣの合計面積を求め、この合計面積を体積割合に換算した値をこの断面に基づく体積割合とし（面積割合≒体積割合）、ｎ＝３の断面の体積割合を求め、これらの平均値とした。
【０１８５】
更に、得られた複合部材１Ｄについて熱膨張係数α（ｐｐｍ／Ｋ）及び熱伝導率κ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を測定したところ、熱膨張係数α：５．１ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率κ：２５０Ｗ／ｍ・Ｋであった。熱膨張係数及び熱伝導率は、複合部材１Ｄにおいて金属領域１１２を除く箇所から試験片を切り出し、市販の測定器を用いて測定した。熱膨張係数は、３０℃〜１５０℃の範囲について測定した。
【０１８６】
以上から、得られた複合部材１Ｄは、熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ程度の半導体素子やその周辺部品との整合性に優れる上に、熱伝導率も高く、熱特性に優れることがわかる。かつ、複合部材１Ｄは、上述のように固定対象に対して強固に固定できる。従って、複合部材１Ｄは、上記半導体素子の放熱部材の構成材料に好適に利用できると期待される。
【０１８７】
また、複合部材１Ｄは、その表面が金属被覆層１１１や金属領域１１２、金属板１２２といった金属により構成されることで、電気めっきによりＮｉめっきなどを容易に施すことができ、当該めっきにより、半田との濡れ性を高められる。
【０１８８】
なお、実施形態４では、ＳｉＣ集合体として市販のＳｉＣ焼結体を利用したが、上述したように、例えば、粉末成形体を作製した後、適宜熱処理を施すことで作製してもよい。この点は、後述する実施形態５〜７についても同様である。
【０１８９】
また、実施形態４では、金属被覆層を具える形態を説明したが、金属被覆層を具えず、基板のみの形態とすることができる。この場合、鋳型として、例えば鋳型の内部空間がＳｉＣ集合体に応じた大きさとし、ＳｉＣ集合体を鋳型に収納したとき、ＳｉＣ集合体と鋳型との間に実質的に隙間が設けられないものが挙げられる。或いは、基板のいずれか一面にのみ金属被覆層を具える形態とすることができる。この場合、上述したスペーサをＳｉＣ集合体の一面にのみ配置するとよい。金属被覆層の形成にあたり、スペーサの厚さや形状を適宜選択することで、金属被覆層の厚さや形成領域を容易に変更することができる。例えば、複合部材の表面全体が金属被覆層に覆われ、当該表面がマトリクス金属で構成された形態、即ち、金属板が埋設された形態とすることができる。複合部材の表面全体が単一の金属から構成されることで、めっきなどを容易に施せたり、表面研磨・研削などを施す際の加工性に優れたりする。埋設部材の埋設状態は、例えば、Ｘ線ＣＴなどを利用することで、容易に確認できる。
【０１９０】
［実施形態５］
図５Ａおよび図５Ｂを参照して、実施形態５のマグネシウム基複合部材１Ｅを説明する。複合部材１Ｅの基本的構成は、実施形態４の複合部材１Ｄと同様であり、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなり、凹凸形状の基板１１０と、マグネシウムから構成される金属被覆層１１１と、ＳｉＣを含まず、マグネシウムから構成される金属領域１１２とを具える。また金属領域１１２には、ボルト１００が挿通される貫通孔２０Ｅを設けるための孔（金属領域孔）が形成されている。実施形態５の複合部材１Ｅにおいて実施形態４の複合部材１Ｄとの差異は、貫通孔２０Ｅの形態にある。以下、貫通孔２０Ｅを中心に説明し、実施形態４と重複する構成については詳細な説明を省略する。
【０１９１】
複合部材１Ｅでは、図５Ｂに示すように金属領域１１２の厚さ方向の全長に亘ってステンレス鋼製の埋設部材１２３が存在し、埋設部材１２３の外周面が金属領域１１２に覆われ、埋設部材１２３の両端面が金属領域１１２の表面から露出されている。この埋設部材１２３に貫通孔２０Ｅとしての孔（受部孔）が設けられており、ボルト１００を締め付けると、埋設部材１２３において金属領域１１２から露出する一方の端面にボルト１００の頭部が接触する。このように複合部材１Ｅも、貫通孔２０Ｅにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所が金属領域１１２の構成金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成されている。また、貫通孔２０Ｅは、上記ボルト１００の頭部が接触する箇所を含めて、その全体が単一の金属（ここではステンレス鋼）により構成されている。
【０１９２】
ここでは、埋設部材１２３の端面の面積は、ボルト１００を締め付けて当該端面にボルト１００の頭部が接した状態としたとき、図５Ｂに示すように、頭部の周縁から当該端面が十分に突出する大きさを有する。但し、本例のようにステンレス鋼といった高硬度な材質からなる埋設部材を利用する場合、厚さをある程度厚くすることで（例えば、１ｍｍ以上）、埋設部材によりボルト１００の締め付け力の実質的に全てを支持することができる。特に、埋設部材１２３のように金属領域１１２の厚さ方向の全域に亘って埋設部材が存在する場合は、上記面積が上記ボルト１００を平面視したときの面積よりも小さくても、ボルト１００の締め付け力を十分に受けることができる。従って、埋設部材１２３の端面の面積は、上述のように頭部の周縁から十分に突出する大きさを有していなくてもよい。また、上記端面の面積は、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積と同等以下であってもよいし、上記平面視したときの面積よりも大きくてもよい。この端面の面積に関する事項は、後述する実施形態７の金属板１２５ｂの面積にも同様に適用される。また、埋設部材１２３は、その全長に亘って均一的な断面を有する円筒状体となっているが、部分的に断面形状が異なる形態とすることができる。例えば、上記ボルト１００の頭部が接触する端面側領域の断面を大きくしたテーパ状の埋設部材としてもよい。
【０１９３】
上記複合部材１Ｅも、上述した実施形態４の複合部材１Ｄと同様にして製造することができる。即ち、鋳型に埋設部材１２３及びＳｉＣ集合体を収納すると共に上述したスペーサによりＳｉＣ集合体を鋳型に固定して、上述したようにＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合して基板１１０を形成すると共に、上記スペーサにより形成される隙間に当該溶湯が流れ込むことで、金属被覆層１１１を形成する。かつＳｉＣ集合体の凹部に上記溶湯が流れ込むことで金属領域１１２を形成すると同時に埋設部材１２３（ここでは、埋設部材１２３を含む金属体）を鋳ぐるみ、基板１１０及び金属被覆層１１１に埋設部材１２３を一体化する。
【０１９４】
得られた複合部材１Ｅ（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の金属領域１１２の一部から円形状の埋設部材１２３の端面が露出されている。この埋設部材１２３に機械加工（ここではドリル加工）により、貫通孔２０Ｅを形成する。ここでは、複合部材１Ｅの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個の貫通孔２０Ｅを設けている。
【０１９５】
上記構成を具える複合部材１Ｅは、貫通孔２０Ｅの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を埋設部材１２３により十分に受けられる。特に、複合部材１Ｅでは、貫通孔２０Ｅの全体がマトリクス金属以外の金属で構成されていることで、埋設部材１２３がボルト１００の軸力を実質的に１００％に受けられる。従って、複合部材１Ｅは、冷熱サイクルを受けた場合にも固定状態が更に緩み難い、と期待される。その他、複合部材１Ｅもその表裏に埋設部材１２３の端面が露出されていることで、（１）固定対象と接触する箇所にもマトリクス金属と異種の金属が存在するため、冷熱サイクルを受けてマトリクス金属にクリープ変形などが生じても、固定対象に密着した状態を維持し易い、（２）取り付け作業性に優れるという効果を奏する。
【０１９６】
［実施形態６］
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、実施形態６のマグネシウム基複合部材１Ｆを説明する。複合部材１Ｆの基本的構成は、実施形態５の複合部材１Ｅと同様であり、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなり、凹凸形状の基板１１０と、マグネシウムから構成される金属被覆層１１１と、ＳｉＣを含まず、マグネシウムから構成される金属領域１１２とを具える。また、複合部材１Ｆも、金属領域１１２にボルト１００が挿通される貫通孔２０Ｆを具える。実施形態６の複合部材１Ｆにおいて実施形態５の複合部材１Ｅとの差異は、貫通孔２０Ｆの形態にある。以下、貫通孔２０Ｆを中心に説明し、実施形態５と重複する構成については詳細な説明を省略する。
【０１９７】
複合部材１Ｆでは、図６Ｂに示すように金属領域１１２の厚さ方向の一部にのみステンレス鋼製の埋設部材１２４が存在し、埋設部材１２４の外表面の全面が金属領域１１２の構成金属に覆われて、埋設部材１２４が金属領域１１２の表面に露出していない。そのため、複合部材１Ｆは、その表面全体がマグネシウムから構成されている。
【０１９８】
埋設部材１２４には、内孔１２４ｈ（受部孔）が設けられ、埋設部材１２４は、その全長に亘って均一的な断面を有する円筒状体となっている。埋設部材１２４の両端面の大きさ（面積）は、適宜選択することができる。上述したようにステンレス鋼といった高硬度な材質からなる埋設部材を利用する場合、上記端面の面積は、ボルト１００の頭部を平面視したときの面積と同等以下であってもよいが、本例のように上記平面視したときの面積と同等以上とすると、ボルト１００の締め付け力を受け易く好ましいと考えられる。また、埋設部材１２４の両端面は、上述のように金属領域１１２の構成金属（ここではマグネシウム）により覆われている。埋設部材１２４の長さは、金属領域１１２に覆われるように、複合部材１Ｆの厚さを考慮して適宜選択することができる。また、埋設部材１２４は、実施形態５の埋設部材１２３と同様に、部分的に断面形状が異なる形態とすることができ、例えば、テーパ状体とすると、金属領域１１２との接合面積を増加でき、金属領域１１２との密着性を高められる。
【０１９９】
上記金属領域１１２において埋設部材１２４の両端面を覆う箇所には、埋設部材１２４の内孔１２４ｈに連続するようにベース孔１２１ｈ（金属領域孔）が設けられている。従って、貫通孔２０Ｆは、内孔１２４ｈとベース孔１２１ｈとにより構成され、実施形態４の複合部材１Ｄの貫通孔２０Ｄと同様に、異なる複数種の金属材料により構成されている。また、複合部材２０Ｆでは、ボルト１００を締め付けると、金属領域１１２の表面にボルト１００の頭部が接触する。
【０２００】
上記複合部材１Ｆも、上述した実施形態４の複合部材１Ｄと同様にして製造することができる。即ち、金属領域１１２の適宜な箇所に埋設部材１２４が配置されるように、マグネシウムからなる適宜な形状の鋳物に埋設部材１２４を接合した金属体（例えば、一対の円板状の鋳物で埋設部材１２４を挟み、溶接などにより接合した積層物）を複数用意し、鋳型にこの金属体及びＳｉＣ集合体を収納すると共に上述したスペーサによりＳｉＣ集合体を鋳型に固定して、上述したようにＳｉＣ集合体とマトリクス金属溶湯とを複合して基板１１０を形成すると共に、上記スペーサにより形成される隙間に当該溶湯が流れ込むことで、金属被覆層１１１を形成する。かつＳｉＣ集合体の凹部に上記溶湯が流れ込むことで金属領域１１２を形成すると同時に上記金属体を鋳ぐるみ、基板１１０及び金属被覆層１１１に埋設部材１２４を一体化する。
【０２０１】
得られた複合部材１Ｆ（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の金属領域１１２において埋設部材１２４が存在する箇所に機械加工（ここではドリル加工）により、貫通孔２０Ｆを形成する。ここでは、複合部材１Ｆの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個の貫通孔２０Ｆを設けている。
【０２０２】
上記構成を具える複合部材１Ｆは、貫通孔２０Ｆの一部がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を埋設部材１２４により受けられるため、冷熱サイクルを受けた場合にも固定状態が緩み難い、と期待される。その他、複合部材１Ｆは、その表面全体がマトリクス金属により構成されていることで、（１）電気めっきを容易に施せる、（２）表面研磨・切削などを施す際に加工性に優れる、（３）外観が良好であるといった効果を奏する。
【０２０３】
＜変形例＞
上述した実施形態５，６の埋設部材１２３，１２４に代えて、或いは、実施形態４の金属板１２２や実施形態６の埋設部材１２４とを組み合わせて、埋設部材の構成材料に金属繊維（例えば、スチールウールなど）を利用することができる。埋設部材の少なくとも一部に金属繊維を利用すると、マトリクス金属溶湯が繊維間に含浸されるため、この埋設部材とマトリクス金属からなる金属領域とが強固に接合される。
【０２０４】
また、実施形態６の埋設部材１２４の素材として、カーボンやカーボン繊維を含有する素材（例えば、カーボンコンポジット）といった非金属材料を利用することができる。上記カーボンなどの非金属無機材料は、比較的靭性が低く、ボルト１００の頭部が接触する箇所をこのような材料により構成することで、ボルト１００を締め付けると、当該材料により構成された部分が割れる恐れがある。しかし、実施形態６で説明したように、ボルト１００の頭部が接触する箇所をマトリクス金属とする場合、埋設部材１２４の素材に上述のような脆性材料を利用できると期待される。
【０２０５】
［実施形態７］
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、実施形態７のマグネシウム基複合部材１Ｇを説明する。複合部材１Ｇの基本的構成は、実施形態４の複合部材１Ｄと同様であり、マグネシウムとＳｉＣとが複合された複合材料からなり、凹凸形状の基板１１０と、マグネシウムから構成される金属被覆層１１１と、ＳｉＣを含まず、マグネシウムから構成される金属領域１１２とを具える。また、複合部材１Ｇも、金属領域１１２にボルト１００が挿通される貫通孔２０Ｇを具える。実施形態７の複合部材１Ｇにおいて実施形態４の複合部材１Ｄとの差異は、貫通孔２０Ｇの形態にある。以下、貫通孔２０Ｇを中心に説明し、実施形態４と重複する構成については詳細な説明を省略する。
【０２０６】
複合部材１Ｇでは、金属板１２５ｂと、この金属板１２５ｂに連結された筒部１２５ｔとを具える金具１２５に有する内孔（受部孔）により、複合部材１Ｇの表裏に抜ける貫通孔２０Ｇが構成されている。金属領域１１２の表裏面の対向位置にそれぞれ、金属板１２５ｂの一面、及び筒部１２５ｔの端面が露出されており、金具１２５の筒状の外周面は金属領域１１２に覆われている。複合部材１Ｇも、実施形態４の複合部材１Ｄと同様に貫通孔２０Ｇにおいてボルト１００の頭部が接触する箇所が金属領域１１２の構成金属（ここではマグネシウム）以外の金属（ここではステンレス鋼）から構成されている。
【０２０７】
上記金具１２５は、市販のステンレス鋼製のクリンチングファスナである。そのため、複合部材１Ｇは、実施形態５の複合部材１Ｅと同様に金属領域の厚さ方向の全長に亘って埋設部材（金具１２５）が存在し、貫通孔２０Ｇの全体が単一の金属により構成されている。従って、実施形態５の複合部材１Ｅと同様に、金具１２５はボルトの締め付け力を十分に受けられる。そのため、この例に示す金属板１２５ｂの面積は、ボルト１００を締め付けて金属板１２５ｂにボルト１００の頭部が接した状態としたとき、頭部の周縁から金属板１２５ｂが十分に突出する大きさを有しているが、上述した実施形態５と同様に、上記突出する大きさを有さなくてもよい。更に、貫通孔２０Ｇは、孔の内周面が平滑な面から構成された実施形態４〜６の貫通孔２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆとは異なり、ネジ加工が施されたネジ孔である。ここでは、クリンチングファスナとして、ネジ孔を有するものを利用しているが、孔の内周面が平滑な面から構成されたものを利用してもよい。
【０２０８】
複合部材１Ｇ（長さ１９０ｍｍ×幅１４０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）は、上記貫通孔２０Ｇにボルト１００をねじ込み、このボルト１００を締め付けることで固定対象に取り付けられる。
【０２０９】
上記複合部材１Ｇも、上述した実施形態４の複合部材１Ｄと同様にして製造することができる。但し、複合部材１Ｇでは、ベース孔１２１を形成した後、ベース孔１２１に金具１２５を圧入することで、貫通孔２０Ｇを設ける。ここでは、複合部材１Ｇの長辺縁側にそれぞれ４個、合計８個のベース孔１２１を設けて、それぞれに金具１２５を圧入している。金具１２５を圧入することで、金属板１２５ｂと筒部１２５ｔとの間の段差部分に金属領域１１２の構成金属が入り込み、金具１２５は複合部材１Ｇに強固に固定される。
【０２１０】
上記構成を具える複合部材１Ｇは、貫通孔２０Ｇの一部、特に、ボルト１００の頭部が接触する箇所がマトリクス金属以外の高強度・高靭性な金属で構成されていることで、ボルト１００の締め付け力を金属板１２５ｂにより十分に受けられる。特に、複合部材１Ｇでは、貫通孔２０Ｇの全体がマトリクス金属以外の金属で構成されていることで、金具１２５がボルト１００の軸力を実質的に１００％に受けられる。従って、複合部材１Ｇは、冷熱サイクルを受けた場合にも固定状態が更に緩み難いと期待される。また、複合部材１Ｇでは、貫通孔２０Ｇがネジ孔であることで、ボルト１００とネジ結合することができ、固定対象との密着性を高められる。更に、金具１２５が複合部材１Ｇに一体であるため、ボルト１００の軸力を受けるための別部材を配置する必要が無く、固定対象への固定作業性に優れる。
【０２１１】
以上、実施形態４〜７について説明した。
次に実施形態８〜１０に共通する内容について、以下に説明する。
【０２１２】
マグネシウム基複合部材は、複合材料からなる基板と、金属部材（受部）とを有する。複合材料を得るためには、たとえば、以下の方法が用いられる。
【０２１３】
ＳｉＣ粒子を主成分とする原料粉末またはその成形体が鋳型内に予め配置される。次に鋳型にマグネシウム合金や純マグネシウムの溶湯が注湯される。これによりこの溶湯をＳｉＣ粒子に溶浸させる。次にこの溶湯を冷却によって凝固させる。これにより複合材料が得られる。溶湯の注湯前に、ＳｉＣ粒子と共に金属部材を成型型に配置しておけば、複合材料からなる基板と、この基板に取り付けられた金属部材とを有するマグネシウム基複合部材を得ることができる。
【０２１４】
この方法は焼結工程を有しないことから、各ＳｉＣ粒子がマトリクス金属中に別個に存在する。言い換えるとこの複合材料は、ＳｉＣ粒子同士を結合するネットワーク構造を材料力学的な意味で実質的に有していない。
【０２１５】
複合材料の熱膨張係数をより小さくするには、複合材料中のＳｉＣ粒子の体積割合を高めることが効果的である。この体積割合は、溶解したマトリクス金属が注入されるＳｉＣ粒子を予め高密度に充填しておくことで、容易に高めることができる。この割合は６０体積％超とすることができ、さらに７５体積％超とすることができる。このためには、たとえば、ＳｉＣ粒子の粉末を鋳型に入れた後にタッピングすればよい。またＳｉＣ粒子の体積割合をより高めることが必要な場合、加圧成形、スリップキャスト、またはドクターブレード法を用いることもできる。この方法によれば、複合材料に占めるＳｉＣの割合を、６０体積％超とすることができ、さらに７５体積％超とすることができる。
【０２１６】
なおスリップキャストにおいては、たとえば、以下の工程が行われる。
原料粉末、水、及び分散剤を用いて、スラリーが作製される。このスラリーを成形後、乾燥させることで粉末成形体が形成される。分散剤には、一般的な界面活性剤が利用できる。
【０２１７】
ドクターブレード法においては、たとえば、以下の工程が行われる。
原料粉末、溶媒、消泡剤、および樹脂などを用いてスラリーが作製される。このスラリーをドクターブレードの受け口に流し込むことで、シート状の構造が形成される。次に溶媒を蒸発させることで、粉末の成形体を形成することができる。
【０２１８】
次に、実施形態８〜１０の各々について、図面を参照しつつ、以下に説明する。
［実施形態８］
図８Ａおよび図８Ｂを参照して、本実施形態のマグネシウム基複合部材１Ｈは、冷却器などの固定対象に取り付けるためのボルト１００（締結部材）が挿通されるための貫通孔２０Ｈが設けられたものである。マグネシウム基複合部材１Ｈは、基板２１０および金属部材２２３（受部）を有する。
【０２１９】
基板２１０は、マグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれかであるマトリクス金属と、マトリクス金属中に分散されたＳｉＣ粒子としてのＳｉＣとが複合された複合材料からなる。
【０２２０】
また基板２１０には貫通部が設けられている。本実施形態における基板２１０の貫通部は、図８Ａに示すように、金属部材２２３を取り囲む孔部である。これにより金属部材２２３の全周が基板２１０に取り囲まれるので、金属部材２２３が基板２１０から外れ難くなる。
【０２２１】
金属部材２２３は、基板２１０の貫通部、すなわち上記孔部に取り付けられている。金属部材２２３には貫通孔２０Ｈが設けられている。金属部材２２３は、マトリクス金属と異なる金属材料からなる。この金属材料としては、具体的には、実施形態１の金属板２２（図１Ａおよび図１Ｂ）の材料と同様のものを用いることができる。
【０２２２】
本実施形態によれば、ボルト１００の締付時、基板２１０ではなく金属部材２２３に設けられた貫通孔２０Ｈが締め付け力を受ける。そのため、基板２１０に設けられた貫通孔が締め付け力を直接受ける場合において生じ得る貫通孔周辺での基板割れを防止することができる。また基板２１０のＳｉＣがマトリクス金属中に分散されたＳｉＣ粒子として存在することによって、外力が加わった際に個々の粒子がある程度独立に変位可能なので、ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部が形成されている場合に比して、基板割れが生じ難い。また金属部材２２３がマトリクス金属と異なる金属材料からなることで、受部の材料をマグネシウムおよびマグネシウム合金のいずれとも異なるものとすることができるので、ボルト１００の軸力低下がより生じ難い材料を選択することができる。よってマグネシウム基複合部材１Ｈが冷熱サイクルを受けても、ボルト１００の軸力の低下による固定状態の緩みが生じ難い。従って、マグネシウム基複合部材１Ｈを固定対象に強固に固定することができ、かつ、この固定した状態を安定して長期に亘り維持できる。
【０２２３】
［実施形態９］
図９Ａおよび図９Ｂを参照して、本実施形態の金属部材２２４は、金属部材２２３（図８Ａおよび図８Ｂ）と形状が異なっており、基板２１０に埋め込まれた突起ＰＲを有する。この突起ＰＲがアンカーとして働くことで、金属部材２２４が基板２１０から外れ難くなる。
【０２２４】
なお、上記以外の構成については、上述した実施形態８の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【０２２５】
［実施形態１０］
図１０を参照して、本実施形態の基板２１０Ｎは、基板２１０（図８Ａ）と異なり、貫通部として孔部ではなく切欠部（図中、Ｕ字状の部分）を有する。また金属部材２２５は、この切欠部に対応した平面形状を有する。
【０２２６】
なお、上記以外の構成については、上述した実施形態８の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
【０２２７】
仮に、金属部材が取り付けられる貫通孔が基板に設けられたとすると、基板のうち貫通孔よりも外側に位置する部分ＦＭ（図８Ａ）が破断しやすい。これに対して本実施形態によれば、金属部材２２５が基板２１０Ｎの切欠部に取り付けられるので、金属部材２２５が取り付けられるための貫通孔を基板２１０Ｎに設ける必要がない。よって上述した破断を防止することができる。
【０２２８】
以上、実施形態８〜１０について説明した。
［実施形態１１］
図１１を参照して、実施形態１１の放熱部材および半導体装置９０を説明する。本実施形態の放熱部材はマグネシウム基複合部材１Ａ（放熱部材）により構成される。また本実施形態の半導体装置９０は、放熱部材としてのマグネシウム基複合部材１Ａと、半導体チップ９４（半導体素子）と、ボルト１００と、絶縁基板９２と、はんだ部９１および９３と、樹脂封止部９５と、ケース９６とを有する。半導体装置９０は、ボルト１００によって冷却器５００に搭載されている。なお放熱部材として、マグネシウム基複合部材１Ａの代わりに、マグネシウム基複合部材１Ｂ〜１Ｊ（放熱部材）のいずれかが用いられてもよい。
【実施例】
【０２２９】
［試験例１］
実施形態１〜３の複合部材を固定対象にボルトで固定し、破壊軸力、及び軸力保持力を測定した。その結果を表１に示す。【０２３０】
この試験では、Ｍ６のボルトを用い、各複合部材には、当該ボルトが挿通可能な貫通孔をそれぞれ設けた。また、この試験では、比較として、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す複合部材９９を用意した（参考例１，２）。複合部材９９は、実施形態１の複合部材１Ａと同様に設けたベース孔２１をボルト１００が挿通される貫通孔とする。更に、この試験では、実施形態１に対して、金属板２２として外径φ１４ｍｍのステンレス鋼製の平座金、実施形態２，３、及び参考例２に対して、複合部材とボルトとの間に外径φ１２ｍｍのステンレス鋼製の平座金を介在させてボルトを固定した。参考例１では、複合部材とボルトとの間に平座金を介在させずにボルトを直接固定した。また、実施形態２では、基板１０の表面に配置される金属板２３の面積（貫通孔２３Ｂの開口部を含む）を２００ｍｍ2とし、実施形態３では、Ｍ６に対応したネジ孔を有するクリンチングファスナを利用した。【０２３１】
破壊軸力は、Ｍ６のボルトを締め付け、複合部材にひび割れが生じた時の軸力を測定した。軸力の測定には、市販の測定装置を利用した（測定限界軸力：１６ｋＮ）。ひび割れは目視及びＸ線ＣＴにより確認した。【０２３２】
軸力保持率は、以下のように測定した。Ｍ６のボルトにより、初期軸力：７．５ｋＮの締め付けを行い、４０℃×１ｈ保持した後、１２５℃×１ｈ保持、という冷熱サイクルを１０回繰り返した後、軸力を測定し、初期軸力／冷熱サイクル後の軸力を軸力保持率とした。なお、参考例１，２では、ひび割れが生じないように、初期軸力をそれぞれ、２．０ｋＮ，４．０ｋＮとした。【０２３３】
【表１】
2011125441.tif 000003
【０２３４】
表１に示すように実施形態１〜３は、破壊軸力が７ｋＮ以上と高く、ボルトの軸力により作用する力に十分に耐えられることが分かる。また、実施形態１〜３は、冷熱サイクルを受けた場合にも、軸力保持率が７５％以上と高く、軸力が緩和し難いことが分かる。更に、Ｍ６のボルトの頭部を平面視したときの面積に対して、金属板の面積が１割以上大きい金属板を具える実施形態１，２や、貫通孔の全体がマトリクス金属以外の金属で構成されている実施形態３では、参考例２と比較して、破壊軸力及び軸力保持率が更に高く、特に実施形態３は優れた特性を有することが分かる。従って、ボルト用の貫通孔の少なくとも一部がマトリクス金属と異なる材料から構成された実施形態１〜３の複合部材は、固定当初から長期に亘り、固定対象に強固に固定された状態を維持することができ、当該複合部材を具える半導体装置は、優れた放熱性を有することができると期待される。【０２３５】
［試験例２］
実施形態４〜７の複合部材を固定対象にボルトで固定し、破壊軸力、及び軸力保持力を測定した。その結果を表２に示す。【０２３６】
この試験では、Ｍ６のボルトを用い、各複合部材には、当該ボルトが挿通可能な貫通孔をそれぞれ設けた。また、この試験では、変形例で説明した金属繊維を用いた形態（表２に実施形態５／６と示す。実施形態５の埋設部材１２３をステンレススチールウールで構成したもの）、比較として、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す複合部材１９９を用意した。複合部材１９９は、実施形態４の複合部材１Ｄと同様に設けたベース孔１２１をボルト１００が挿通される貫通孔とする。更に、この試験では、実施形態４〜７及び比較例に対して、複合部材とボルトとの間に外径φ１２ｍｍのステンレス鋼製の平座金を介在させてボルトを固定した。また、実施形態４では、金属板１２２の面積（板孔１２２ｈの開口部を含む）を２００ｍｍ２とし、実施形態５，６では、埋設部材１２３，１２４を外形：１３ｍｍ、内径：６．１ｍｍの円筒状体とし、実施形態５／６は、外形：１３ｍｍ、内径：６．１ｍｍの円筒状体となるように金属繊維を成形し（気孔率：３０体積％）、実施形態７では、Ｍ６に対応したネジ孔を有するクリンチングファスナを利用した。【０２３７】
破壊軸力は、Ｍ６のボルトを締め付け、複合部材にひび割れが生じた時の軸力を測定した。軸力の測定には、市販の測定装置を利用した（測定限界軸力：１６ｋＮ）。ひび割れは目視及びＸ線ＣＴにより確認した。【０２３８】
軸力保持率は、以下のように測定した。Ｍ６のボルトにより、初期軸力：７．５ｋＮの締め付けを行い、４０℃×１ｈ保持した後、１２５℃×１ｈ保持、という冷熱サイクルを１０回繰り返した後、軸力を測定し、初期軸力／冷熱サイクル後の軸力を軸力保持率とした。【０２３９】
【表２】
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【０２４０】
表２に示すように実施形態及び比較例はいずれも、破壊軸力が７ｋＮ以上と高く、ボルトの軸力により作用する力に十分に耐えられることが分かる。しかし、比較例では、冷熱サイクルを受けた場合に軸力保持率が低くなっている。これに対して、実施形態はいずれも、冷熱サイクルを受けた場合にも、軸力保持率が７５％以上と高く、締め付け力が緩和し難いことが分かる。特に、貫通孔の全体がマトリクス金属以外の金属で構成された実施形態５，７では、更に優れた特性を有することが分かる。従って、ボルト用の貫通孔の少なくとも一部が金属領域の構成金属、即ちマトリクス金属と異なる材料から構成された実施形態の複合部材は、長期に亘り、固定対象に強固に固定された状態を維持することができ、当該複合部材を具える半導体装置は、優れた放熱性を有することができると期待される。【０２４１】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、複合部材中のＳｉＣの含有量、ＳｉＣの存在形態（例えば、分散形態）、マトリクス金属の組成（例えば、マグネシウム合金）、複合部材の大きさ、金属被覆層の厚さ、複合時の条件、金属板や金具の組成、貫通孔の大きさ、貫通孔の個数、貫通孔の設ける位置、埋設部材の組成、などを適宜変更することができる。【０２４２】
［付記１］
上述した実施形態には、以下の発明概念が含まれる。【０２４３】
（１）マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとが複合されたマグネシウム基複合部材であって、
当該複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を有し、
前記貫通孔を構成する少なくとも一部の材料は、前記複合部材を構成するマグネシウム又はマグネシウム合金及びＳｉＣと異なることを特徴とするマグネシウム基複合部材。【０２４４】
（２）前記複合部材中には、前記ＳｉＣ同士を結合するネットワーク部を有しており、
前記貫通孔は、前記複合部材において前記ネットワーク部が存在する領域に有しており、
前記貫通孔において少なくとも、前記締結部材の頭部が接触する箇所は、前記マグネシウム及び前記マグネシウム合金以外の金属から構成されていることを特徴とする上記（１）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２４５】
（３）前記ＳｉＣを７０体積％超含有することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２４６】
（４）前記貫通孔において少なくとも、前記締結部材の頭部が接触する箇所に、前記マグネシウム及び前記マグネシウム合金以外の金属からなる金属板を有し、
前記締結部材を締め付けて前記金属板に前記頭部が接した状態において、前記金属板は、前記頭部の周縁から前記金属板が突出する面積を有することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材。【０２４７】
（５）前記複合部材は、前記マグネシウム又は前記マグネシウム合金と前記ＳｉＣとが複合された複合材料からなる基板と、
前記基板の少なくとも一面を覆う金属被覆層とを具え、
前記金属板の周縁は、前記金属被覆層に接合され、
前記金属板の一面は、前記金属被覆層から露出されていることを特徴とする上記（４）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２４８】
（６）前記貫通孔は、その内周面も前記金属板と同種の金属により構成されていることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２４９】
（７）前記金属板の面積は、前記締結部材の頭部を平面視したときの面積に対して１割以上大きいことを特徴とする上記（４）〜（６）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材。【０２５０】
（８）前記複合部材の熱膨張係数が４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下、
前記複合部材の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材。【０２５１】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材により構成されることを特徴とする放熱部材。【０２５２】
（１０）上記（９）に記載の放熱部材と、この放熱部材に搭載される半導体素子とを具えることを特徴とする半導体装置。【０２５３】
［付記２］
上述した実施形態には、以下の発明概念が含まれる。【０２５４】
（１）マグネシウム又はマグネシウム合金とＳｉＣとが複合されたマグネシウム基複合部材であって、
前記ＳｉＣを含まず、前記マグネシウム又は前記マグネシウム合金から構成される金属領域を有し、
前記金属領域には、当該複合部材を固定対象に取り付けるための締結部材が挿通される貫通孔を有し、
前記貫通孔を構成する少なくとも一部の材料は、前記金属領域の構成金属と異なることを特徴とするマグネシウム基複合部材。【０２５５】
（２）前記金属領域の厚さ方向の少なくとも一部に、前記金属領域の構成金属と異なる材料からなる埋設部材を有しており、
前記貫通孔の少なくとも一部は、前記埋設部材に設けられていることを特徴とする上記（１）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２５６】
（３）前記貫通孔において少なくとも、前記締結部材の頭部が接触する箇所は、前記金属領域の構成金属と異なる金属から構成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２５７】
（４）前記埋設部材は、金属板を有し、
前記金属板の一面は、前記金属領域の表面から露出されていることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２５８】
（５）前記埋設部材は、前記金属領域の厚さ方向の全長に亘って存在することを特徴とする上記（２）〜（４）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材。【０２５９】
（６）前記埋設部材は、前記金属領域の厚さ方向の一部にのみ存在し、
前記貫通孔の少なくとも一方の開口部は、前記金属領域の構成金属から構成されていることを特徴とする上記（２）に記載のマグネシウム基複合部材。【０２６０】
（７）前記埋設部材の少なくとも一部は、前記金属領域の構成金属と異なる金属から構成される金属繊維を含むことを特徴とする上記（２）〜（６）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材。【０２６１】
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つに記載のマグネシウム基複合部材により構成されることを特徴とする放熱部材。【０２６２】
（９）上記（８）に記載の放熱部材と、この放熱部材に搭載される半導体素子とを具えることを特徴とする半導体装置。
【産業上の利用可能性】
【０２６３】
本発明複合部材は、半導体素子のヒートスプレッダ（放熱部材）に好適に利用することができる。本発明半導体装置は、各種の電子機器の部品に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０２６４】
１Ａ〜１Ｊ  複合部材（マグネシウム基複合部材）、１０，１１０，２１０，２１０Ｎ  基板、１０ｈ  基板孔、１１，１１１  金属被覆層、２０Ａ〜２０Ｈ  貫通孔、２１  ベース孔（基板孔）、２２，２３，２４ｂ，１２２  金属板（受部）、２２ｈ，１２４ｈ  内孔（受部孔）、２３ｈ，１２２ｈ  板孔（受部孔）、２４  金具、２４ｔ，１２５ｔ  筒部、１００  ボルト、１１２  金属領域、１２１  ベース孔（金属領域孔）、１２３，１２４  埋設部材、１２５  金具（埋設部材）、１２５ｂ  金属板、２２３〜２２５  金属部材（受部）、ＰＲ  突起。
【図１Ａ】
2011125441.tif 000005
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2011125441.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【国際調査報告】
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